Арбускулярні мікоризи, ендофіти та здоров’я грунтів у рослин...

Агро Експерт > Новини > Статті > Арбускулярні мікоризи, ендофіти та здоров’я грунтів у рослинництві

Ukrainian group 2018
Хайке Бакінг
Тема доповіді: Арбускулярні мікоризи, ендофіти та здоров’я грунтів у рослинництві.

З метою підвищення засвоєння специфічних поживних елементів рослини утворюють симбіоз із грунтовими мікроорганізмами (бобові рослини з бульбочковими бактеріями- для поліпшення азотного живлення, а багато інших видів рослин – із мікоризними грибами (ектотрофними, ендотрофними та ектоендротрофними)- для поліпшення забезпеченості фосфором).

Ще однією категорією є так звані Франкіа бактерії, що стимулюють ріст різних культур бактерій (СРРКБ), які асоційовані з корінням рослин і розвиваються у ризосфері. Сюди належать види родів Arthrobacter, Azospirillum, Bacillus, Enterobacter, Pseudomonas, Streptomyces тощо. Вони заселяють кореневу систему рослин і виділяють у грунт фізіологічно активні сполуки (стимулятори росту, вітаміни, амінокислоти, органічні кислоти, антибіотики, фенольні речовини), які поліпшують засвоєння рослинами елементів живлення, стимулюють ріст коріння, деякі з них фіксують атмосферний азот, захищають рослини від грунтових патогенів, а також пом’якшують дію таких несприятливих чинників, як сольовий стрес, посуха, низькі та високі температури.

Також, до корисної групи мікроорганізмів належать ендофіти (мікроміцети), які не спричиняють негативного впливу на ріст і розвиток рослин.

Бактерії – ендофіти живуть в середині рослин (корінь, стебло, листя, під лусками в колосі тощо). Дослідження останніх років показали, що бактерії – ендофіти є широко розповсюдженими компонентами симбіотичних систем. Відомо, що ендофіти синтезують біологічно активні метаболіти, які характеризуються антимікробною дією на фітопатогени або є індукторами системної стійкості рослин, попереджаючи цим розвиток хвороб у рослин.

Більшість бактерій-ендофітів покращують ріст рослин, прискорюють їх розвиток, а також можуть підвищувати стійкість рослин до дії несприятливих факторів навколишнього середовища. Деякі ендофітні бактерії здатні фіксувати молекулярний азот атмосфери, що покращує азотне живлення рослин.

Гриби-ендофіти, також живуть в середені рослин (корінь, стебло, листя, насіння тощо) і стимулюють їх імунітет. Гриби-ендофіти живуть у симбіозі з рослинами і добре розвинутий гриб-ендофіт дає рослині до 90% всіх фізіологічно-активних речовин, стимуляторів росту рослин і стимулює виробляти рослину фітоалексини (ФАК), які дозволяють розкрити весь потенціал імунної системи.

Якщо провести певну аналогію між людським (тваринним) та рослинним організмами, то можна стверджувати, що імунітет людини знаходиться в кишечнику, а рослини в кореневій системі. Ризосферний мікробіом рослини можливо умовно назвати її другим геномом.

Вплив грунтової біоти на рослину може мати як позитивний , так і негативний характер. Позитивний-пригнічення і попередження поширення хвороб, негативний- перенесення збудників хвороб і їх поширення.

Прудуктивність сільськогосподарських культур знаходиться під впливом двох типів стресу: біотичного- бур’янів, шкідників, патогенних грибів, бактеріальних та вірусних інфекцій і абіотичного-засолення, хімічне забруднення, радіація, висока та низька температура, дефіцит води, затінення або надмірне освітлення.

Грибна мікориза створює зв’язок у грунті між рослиною і грунтовими мікроорганізмами. Такі взаємовигідні відносини утворюються у 80-90% рослин із різних родин (бобових, злакових, айстрових, пасльонових та інших). Велике значення має мікориза для теплолюбивих рослин, таких як кукурудза, сорго, соя, соняшник та картопля.

Однак у представників родин осокових, ситникових, капустяних (ріпак, гірчиця), макових, гвоздичних, більшості гречкових і лободових, хвощів та водоростей такої можливості немає. Ці рослини мають короткий вегетаційний період, не потерпають від дефіциту вологи, завдяки чому і не потребують допомоги мікоризи.

Найпоширеніший тип мікоризи-ендотрофний є типовим для більшості рослин. За формування ендотрофної мікоризи міцелій гриба поширюється не тільки між клітинами мезодерми, але й проникає в них, при цьому кореневі волоски зазвичай зберігаються, а частина міцеліальних відгалужень виходить у грунт. За допомогою дуже розвинутих гіфів, які проникають у клітини ендомікоризні гриби колонізують близько 80% довжини коріння. При цьому нерідко утворюються деревовидні розгалуження (арбускули) або роздуті закінчення (спорангіоли і везикули), через це таку мікоризу називають ще арбускулярно-везикулярною (АВМ), або арбускулярною (АМ). У ендотрофної мікоризи грибні гіфі не такі густі й не утворюють грибного чохла, як за ектотрофної.

Арбускулярна мікориза (АМ)-це найпоширеніша форма рослинно-грибного симбіозу, в основі якого лежить обмін продуктами метаболізму, внаслідок чого гриб отримує вуглеводи, а рослина-фосфор, азот, кальцій, цинк, мідь, залізо та інші елементи, а також воду. Фосфати витягуються гіфами з грунту, як насосом, завдяки їхній високій адсорбційній активності й здатності до розчинення фосфатів через виділення кислот і фосфатаз. Відомо, що інтенсивне живлення фосфором стимулює енергетичні процеси, зокрема –фотосинтез, синтез протеїнів, ліпідів, цукрів, що поліпшує продуктивність рослин.

Згідно з даними американських і європейських науковців, АМ стимулює підвищення продуктивності сільськогосподарських культур та захищає їх від кореневих патогенів завдяки дії двох механізмів: усуненню патогенну шляхом синтезу антибіотиків або конкуренції за субстрат; а також індукції імунітету в рослини-господаря.

Мікориза має досить розгалужену сітку міцелію, яка в сотні разів перевищує площу контакту з грунтом порівняно з кореневою системою рослин. Це дає змогу більшою мірою забезпечити рослини елементами живлення та водою, особливо за несприятливих умов довкілля.
АМ змінює фітогормональний статус рослин, впливаючи на вміст ауксинів, гіберелінів, абсцизової кислоти і цитокінінів. Дослідження фотосинтетичного апарату підтвердили вплив АМ на активність фотосистеми ІІ, а відтак на збільшення площі листової поверхні й кількості хлорофілу.
Отже, АМ підвищує адаптивні та конкурентні властивості рослин. Вочевидь, що для ведення сталого сільського господарства необхідно підтримувати ці симбіотичні взаємозв’язки в агробіоценозах, аби максимально реалізувати генетичний потенціал культур.

Американські вчені виявили, що ендомікоризні гриби виділяють специфічну сполуку-гломалин, яка сприяє формуванню грунтових агрегатів, які підтримують пористість грунту, його аерацію, захищають органічні речовини від шкидливих мікроорганізмів. Наявність значної кількості макроагрегатів у грунті поліпшує його структуру, знижує об’ємну щильність.

В дослідженнях професора Хайке Бакінг з Державного Університету Південної Дакоти було експериментально встановлено покращення фосфорного та азотного живлення, збільшення біомаси коріння та вегетативної маси рослин сої при застосуванні препаратів на основі арбускулярних мікориз в якості біодобрива. За твердженням вченої мікробіолога мікоризний препарат буде ефективним, якщо він містить декілька видів ендомікоризних грибів (АМ).

Високі дози азотних і фосфорних добрив більше, як 100-120 кг/га є шкідливими для розвитку мікоризного грибка. Обробка насіння та рослин синтетичними фунгіцидами також шкодить розвитку мікоризи і може повністю, або частково знищити певні корисні види мікоризних грибків.

Загрози продуктивності у сільському господарстві

  • Рослина повинна конкурувати з 30000 видів бур’янів, 3000 видів нематод і 100000 видів рослиноїдних комах.
  • Втрати врожаю, викликані патогенними організмами, тваринами і бур’янами , складають від 20-40% у світовому виробництві продукції сільського господарства.
  • У світі 20% оброблюваних земель страджають від сольового стресу.
    Вартість втрат сільськогосподарської продукції від комах у Сполучених Штатах Америки складає близько 120 млрд. дол. на рік.
  • Фузаріоз колоса призводить до щорічних втрат на суму 2,7 млрд.дол. на озимій пшениці.

Мікробіологічні добрива-можливості на нових ринках

  • Прогнозується, що до 2020 року ринок мінеральних добрив досягне 152 млрд.дол. США.
  • У найближчі п’ять років очікується, що ринки в Південній Азії, Східній Азії та Латинській Америці складатимуть 33%, 22% і 22% від світового зростання загального попиту на мінеральні добрива.
  • Виробники добрив планують інвестувати 130 млрд.дол. США у більш ніж 150 нових виробничих потужносей, щоб збільшити глобальний потенціал виробництва більш ніж на 150 м.т.
  • Світовий ринок біодобрив сягнув 947 млн.дол. США у 2015 році.
  • Прогнози зростання з 2016 до 2022 рр.:середньорічний темп зростання на рівні 14% до зальної ринкової вартості у 2,3 млрд.дол. США до 2022 року.
  • Ключовий ринковий чинник зростання попиту на біодобрива :збільшення попиту на добрива, забруднення грунтів та екологічні ризики від надмірного використання синтетичних добрив. Такі ініціативи, як «Спільна сільськогосподарська політика ЄС», яка забезпечує до 30% прямих «зелених» виплат для фермерів.
  • Низька собівартість мікробіологічних добрив у порівнянні з їх синтетичними аналогами, як очікується, стимулюватиме попит на найближчі роки.

Мікробіологічні пестициди – можливості на нових ринках

  • За прогнозами, світовий ринок пестицидів досягне 81,1 млрд.дол. США до 2019 року, із середньорічним темпом зростання в 7%.
  • Структура вартості на пестициди наступна: гербіциди-43%, інсектициди -31%, фунгіциди-21%, інші- 5%.
  • Ринкова рушійна сила розвитку ринку пестицидів:необхідність досягати більш високих врожаїв за умов зменшення площі орних земель, а також зростання навантаження від шкідників.
  • Обмеження: суворі закони, що стосуються обмеження вживання пестицидів з метою зменшення шкоди для навколишнього середовища, а також підвищення обізнаності споживачів щодо фактичного споживання пестицидів сповільнять зростання частки синтетичних пестицидів на загальному ринку пестицидів.
  • Уряди низки країн започаткували ініціативи щодо сприяння розвитку і використанню біопестицидів через їх нижчу токсичність, вищу безпеку і більш високу ефективність у боротьби з шкідниками.
  • Глобальна ринкова вартість біопестицидів складала 3,0 млрд.дол. США у 2017 році із середнім темпом зростання 16% у рік. Мікробіологічні пестициди складатимуть 10% світового ринку засобів захисту рослин.
  • Ринкова рушійна сила розвитку ринку біопестицидів: високий вибірковий вплив на цільовий шкідливий організм, не шкідливий для людини або корисних організмів, посилення вимог щодо залишків пестицидів, заборона багатьох інсектицидів, зростаюча поінформованість споживачів, вплив на шкідників, для яких існує тільки декілька альтернативних хімічних речовин, або які мають резистентність, можливість розширення експорту на інші ринки, а також зростання ринку органічних продуктів харчування.
  • Виробничі витрати на біопестициди нижчі, реєстрація простіша у порівнянні зі звичайними пестицидами, а для внесення можуть використовуватись звичайні методи.

Біопестициди, або мікробіологічні пестициди з ендофітами (бактерії, гриби) створюють на основі живих організмів, або продуктів їх метаболізму.

Сільске господарство в ХХ столітті витрачало мінеральні добрива та пестициди, щоб знищити мікробів, що живуть на рослинах. Сьогодні ми намагаємось відновити їх природний симбіоз, або баланс.

Продукція