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. [1] [2]
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 небобовых культур было показано , что азоспириллы полезны в некоторых случаях для фиксации азота и питания растений. [1]
Для зерновых культур диазотрофные ризобактерии увеличивают рост растений [3], урожай зерна (Caballero-Mellado et al. , 1992), поглощение азота и фосфора [3] 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 фосфатосолюбилизирующих 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 называют ассоциацией микоризы . [4] Эти симбиотические отношения присутствуют почти у всех наземных растений и дают растениям и грибам преимущества для выживания. [4] 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. [4] [5] Двумя наиболее распространенными микоризами являются арбускулярная микориза и эктомикориза . Ассоциации эктомикоризы чаще всего встречаются у древесных пород и имеют меньшее значение для сельскохозяйственных систем. [6]
Арбускулярная микориза
Арбускулярная микориза (AM) привлекла внимание как потенциальная сельскохозяйственная поправка из-за ее способности получать доступ и обеспечивать фосфор растения-хозяина. [6] В теплице с пониженным удобрением, засеянной смесью грибов AM и ризобактерий , урожай томатов при 100% плодовитости достигался при плодовитости 70%. [7] Это 30% сокращение внесения удобрений может помочь в сокращении загрязнения питательными веществами и продлить исчерпание минеральных ресурсов, таких как фосфор ( пиковый фосфор ). Другие эффекты включают повышение устойчивости к засолению [8], засухоустойчивости [9] и устойчивости к токсичности следов металлов. [10]
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 . [11]
Определенные партнеры-грибки лучше всего подходят для определенных экотонов или определенных культур. Инокуляция арбускулярной микоризы в сочетании с бактериями, способствующими росту растений, привела к более высокому урожаю и более быстрому созреванию рисовых полей на возвышенностях. [12]
Рост кукурузы улучшился после поправки на арбускулярную микоризу и биоугля . Эта поправка также может снизить поглощение кадмия растениями. [13]
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. [14] [15] Основным преимуществом двойной инокуляции является повышенное поглощение растениями питательных веществ как из почвы, так и из удобрений. [14] Было также продемонстрировано, что несколько штаммов инокулянта увеличивают общую нитрогеназную активность по сравнению с отдельными штаммами инокулянтов, даже если только один штамм является диазотрофным . [14] [16] [17]
PGPR и арбускулярная микориза в комбинации могут быть полезны для увеличения роста пшеницы в бедных питательными веществами почв [18] и улучшения извлечения азота из удобренных почв. [19]
Смотрите также
- Биологический контроль с микроорганизмами
- Плотоядный гриб
- Эндосимбионт
- Список эндофитов
- Патология растений
- Устойчивость к болезням растений
Рекомендации
- ^ а б Башан, Йоав; Ольгин, Джина (1997). «Азоспириллы - отношения растений: экологические и физиологические достижения (1990–1996 годы)» . Канадский журнал микробиологии . 43 (2): 103–121. DOI : 10.1139 / m97-015 .
- ^ Салливан, Престон (2001). Альтернативные поправки к почвам (PDF) (Отчет). Соответствующая передача технологий для сельских районов.
- ^ a b Галал, YGM, Эль-Гандур, И.А., Осман, М.Э. и Абдель Рауф, AMN (2003), Влияние инокуляции микоризами и ризобиями на рост и урожай пшеницы в зависимости от азотных и фосфорных удобрений, как оценивалось методами 15n, Симбиоз, 34 (2), 171-183.
- ^ а б в г д Брэди, Найл С. (2010). Элементы природы и свойств почв . Вейл, Рэй Р. (Третье изд.). Река Аппер Сэдл, Нью-Джерси, стр. 343–346. ISBN 9780135014332. OCLC 276340542 .
- ^ "Микориза | Интернет-ресурсы Дэвида Сильвии" . sites.psu.edu . Проверено 24 октября 2019 .
- ^ а б Чапин, Ф. Стюарт; Matson, Pamela A .; Витаусек, Петр М. (2011). Принципы экологии наземных экосистем . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Springer New York. С. 243–244. DOI : 10.1007 / 978-1-4419-9504-9 . ISBN 9781441995032.
- ^ Адесемойе, АО; Torbert, HA; Kloepper, JW (ноябрь 2009 г.). «Ризобактерии, способствующие росту растений, позволяют снизить нормы внесения химических удобрений» . Микробная экология . 58 (4): 921–929. DOI : 10.1007 / s00248-009-9531-у . ISSN 0095-3628 . PMID 19466478 .
- ^ Хиррел, М.К. и Гердеманн, Дж. У., 1980. Улучшение роста лука и болгарского перца в засоленных почвах двумя везикулярно-арбускулярными микоризными грибами 1. Журнал Американского общества почвоведения, 44 (3), стр.654-655.
- ^ Ферраццано, С. и Уильямсон, П. (2013). Преимущества микоризной инокуляции при реинтродукции исчезающих видов растений в условиях засухи. Журнал засушливых сред, 98, стр.123-125.
- ^ Firmin, S., Labidi, S., Fontaine, J., Laruelle, F., Tisserant, B., Nsanganwimana, F., Pourrut, B., Dalpé, Y., Grandmougin, A., Douay, F. , Ширали П., Вердин А. и Лоунес-Хадж Сахрауи А. (2015). Инокуляция арбускулярного микоризного гриба защищает Miscanthus × giganteus от токсичности микроэлементов на участках, сильно загрязненных металлами. Наука об окружающей среде в целом, 527-528, стр.91-99.
- ^ Колер J., Каравака, Ф., Azcón, Р., Диас, Г. и Рольдан, А. (2015). Комбинация добавления компоста и инокуляции арбускулярной микоризой оказала положительное и синергетическое воздействие на фитоменеджмент полузасушливых хвостохранилищ рудника. Наука об окружающей среде в целом, 514, стр. 42-48.
- ^ Дьеду, А., Мбайе, Ф., Mbodj Д., Фэй, М., Pignoly, С., Ndoye И., Djaman, К., Гайе, С., Кейн, А., Laplaze, Л. , Маннэ Б. и Чемпион А. (2016). Полевые испытания выявили специфические для экотипов реакции на микоризную инокуляцию риса. PLOS ONE, 11 (12), p.e0167014.
- ^ Лю, Л., Ли Дж, Юэ, Ф., Ян, Х., Ван Ф., Bloszies, С. и Ван, Y. (2018). Влияние инокуляции арбускулярной микоризой и поправки на биочар на рост кукурузы, поглощение кадмия и видообразование кадмия в почве, загрязненной кадмием. Chemosphere, 194, стр. 495-503.
- ^ a b c Белимов А.А., Кожемяков А.П., Чуварлиева К.В. (1995a) Взаимодействие между ячменем и смешанными культурами азотфиксирующих и фосфатсолюбилизирующих бактерий. Растения и почва, 173, 29-37.
- ^ Кеннеди, Иван Р. (2001). «Биоудобрения в действии». Функциональная биология растений . 28 (9): 825. DOI : 10.1071 / pp01169 . ISSN 1445-4408 .
- ^ Хаммас, КМ; Кайзер, П. (август 1992 г.). «Разложение пектина и связанная с ним азотфиксация смешанными культурами видов Azospirillum и Bacillus». Канадский журнал микробиологии . 38 (8): 794–797. DOI : 10.1139 / m92-129 . ISSN 0008-4166 . PMID 1458371 .
- ^ Каччари, Изабелла; Липпи, Даниэла; Ипполити, Сильвия; Пьетрозанти, Тито; Пьетрозанти, Вальтер (июль 1989 г.). "Ответ на кислород диазотрофного Azospirillum brasilense? Смешанная периодическая культура Arthrobacter giacomelloi". Архив микробиологии . 152 (2): 111–114. DOI : 10.1007 / bf00456086 . ISSN 0302-8933 .
- ^ Singh, S. & Kapoor, KK (1999) Инокуляция фосфат-солюбилизирующими микроорганизмами и везикулярно-арбускулярным микоризным грибком улучшает урожай сухого вещества и поглощение питательных веществ пшеницей, выращенной на песчаной почве. Биология и плодородие почв, 28, 139-144.
- ^ Галал, YGM, Эль-Гандур, И.А., Осман, М.Э. и Абдель Рауф, AMN (2003), Влияние инокуляции микоризами и ризобиями на рост и урожайность пшеницы в отношении азотных и фосфорных удобрений по оценке с помощью методов 15n , Симбиоз, 34 (2), 171-183.
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 введение 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
- http://www.satavic.org/biofertilisers.htm
- https://web.archive.org/web/20080509170441/http://mycorrhiza.ag.utk.edu/ Mycorrhiza Literature Exchange, Plant Sciences, Университет Теннесси
- http://www.soilfoodweb.com.au Soil Foodweb Institute Australia
- http://attra.ncat.org ATTRA - Национальная информационная служба по устойчивому сельскому хозяйству.