Naujovė azotą fiksuojančių bakterijų pasaulyje – METILOTROFAI

Biologinio azoto įtraukimas į augalo augimo ciklą ne naujiena. Azotas, kurio atmosferoje yra 78 proc., augalams neprieinamas. Norint, kad jis būtų įtrauktas į augalo augimo ciklą, reikalinga sinergetinė skirtingų gyvybės formų veikla. Čia svarbų vaidmenį atlieka mikroorganizmai, ir kiekviena jų grupė atlieka skirtingas funkcijas.

Nuo seno mokslininkams gerai žinomi mikroorganizmai (bakterijos ir grybai), kurie dalyvauja azoto fiksavimo  ir kitų maistinių medžiagų atpalaidavimo procesuose. Žinomiausios azotą fiksuojančios bakterijos, tokios kaip  Rhizobium spp.; Azobacter spp.; Clostridium spp., Methylobacter spp. Jos sudaro 10–20 proc. visų naudingųjų mikroorganizmų. Prie maistines medžiagas atpalaiduojančių mikroorganizmų priskiriamos ir bakterijos Pseudomonas spp.; Bacillus spp., Lacto bacteria (pieno rūgšties bakterija) bei mikoriziniai grybai, kurie sudaro 80–90 proc. visų naudingųjų mikroorganizmų. Šie mikroorganizmai su augalais sudaro skirtingus ryšius, kurie gali būti simbiotiniai, endofitiniai arba asociatyvūs.

Simbiotinius ryšius su augalu sudarančios bakterijos

Jos iš augalo gauna reikalingus fermentus, vitaminus bei kitas gyvybiškai reikalingas medžiagas ir mainais augalui grąžina šalutinį metabolizmo produktą – azotą. Šios bakterijos kolonizuojasi augalų šaknų srityje – rizosferoje. Moksliniais tyrimais įrodyta, kad azotą fiksuojančios gumbelinės bakterijos gyvena simbiozėje tik su pupiniais augalais, prisitvirtinusios prie augalo šaknų sistemos fiksuoja azotą (N2) ir transformuoja jį į augalams prieinamą formą NH4. Šios bakterijos azoto sukaupia daugiausiai.

Asociatyvūs laisvai gyvenantys mikroorganizmai

Mikroorganizmai (bakterijos, grybai) šaknų zonoje fiksuoja ir atpalaiduoja netirpų azotą ir kitas maistines medžiagas, nekurdamos simbiotinių ryšių su augalais. Šios grupės bakterijos azoto sukaupia mažiausiai. Be to, šių bakterijų „pagamintas“ azotas nedalyvauja sorbcijoje ir gali laisvai judėti, migruoti dirvožemio profiliu ar išgaruoti į atmosferą. Taip pat šios bakterijos stimuliuoja augimą skatinančių fitohormonų sintezę augale. Asociatyvių bakterijų šeimų yra nemažai ir kiekviena jų padermė atlieka skirtingas funkcijas. Trumpai apžvelgsime dažniausiai sutinkamus ir gerai žinomus mikroorganizmus.

Azotobacter spp. yra azotą fiksuojančios bakterijos, kurios gali būti įtrauktos į biotrąšų ar biostimuliantų sudėtį. Šios bakterijos fiksuoja atmosferinį azotą šaknų zonoje ir paverčia jį į augalams prieinamą formą. Be azoto fiksavimo, Azotobacter spp. taip pat skatina fitohormonų (auksinų ir citokininų) sintezę augaluose, kurie yra svarbūs augalų augimui ir vystymuisi. Kai kurios Azotobacter spp. bakterijos tirpina fosforo junginius, padidina augalų atsparumą sausrai ir sumažina sausrų sukeliamą stresą.

Bacillus spp. bakterijų gaminami antibiotikai ir fermentai stabdo patogeninių organizmų augimą, pasižymi ligas slopinančiomis ir augimą skatinančiomis savybėmis. Bacillus spp. pagrindu pagaminti biostimuliantai gali sustiprinti sisteminį augalo atsparumą, todėl jie tampa atsparesni įvairiems aplinkoms veiksniams, įskaitant ligas. Taip pat kai kurios Bacillus spp. padermės gali tirpinti maistines medžiagas.

Pseudomonas spp. padermės yra žinomos dėl augalų augimą skatinančio ir ligas slopinančio poveikio. Šios bakterijos gali pagerinti maistinių medžiagų pasisavinimą ir apsaugoti augalus nuo tam tikrų patogenų.

Pieno rūgšties bakterijos naudojamos biostimuliantų gamyboje, siekiant pagerinti maistinių medžiagų prieinamumą ir dirvožemio struktūrą.

Mikorizniai grybai plačiai naudojami biostimuliantų gamyboje dėl savo teigiamo poveikio augalui. Šie grybai prisideda prie augalų mitybos, mineralinių medžiagų pasisavinimo, vandens prieinamumo ir ligų rezistencijos.

Metilotrofai – endofitinius ryšius sukuriantys mikroorganizmai

Šie mikroorganizmai kolonizuoja augalą. Jie plačiai paplitę gamtoje ir randami įvairiose biotose, įskaitant orą, vandenį, dirvožemį ir augalus. Metilotrofinės bakterijos yra svarbi bakterijų grupė, kuri sugeria šiltnamio efektą sukeliančias dujas bei aktyviai dalyvauja dirvožemio anglies cikle. Šios bakterijos gyvena tiek rizosferoje, tiek ir fitosferoje. Jų vaidmuo augalams įvairus – nuo azoto fiksavimo ir fosforo atpalaidavimo iki augalo-mikrobo sinergijos. Nauji mokslo pasiekimai leido sukurti ir patobulinti metilotrofinių mikroorganizmų sintetinimo būdus ir sudarė galimybę kurti naujus biologinius produktus. Iš visų azotą fiksuojančių bakterijų šios grupės bakterijos sukaupia vidutinį kiekį azoto.

Lietuvos rinkoje jau naudojamos metilotrofinės - endofitinės bakterijos – Methylobacter symbioticum (SB23), kurių pagrindu sukurtas biostimuliantas „BlueN“.

Šis produktas naudojamas siekiant padidinti atmosferos azoto fiksavimą (N₂) ir pagerinti augalų augimo sąlygas. Šios endofitinės bakterijos patenka į augalą per lapų žioteles ir jį kolonizuoja. Kolonizavusios augalą fiksuoja ore esantį azotą, kurį biocheminės reakcijos metu redukuoja į amoniakinį azotą (NH4) – tai augalams laisvai prieinamas azoto šaltinis. Taip pat biocheminių procesų metu susidarę junginiai – fitohormonai (etilenas ir 1-aminociklopropano-1- karboksilato deaminazė (ACC)) – padeda augalui reguliuoti gyvybinius procesus ir įveikti aplinkos veiksnių sukeliamą stresą.

Šis produktas yra veiksmingas esant normalioms augalo augimo sąlygoms, nes augalo kvėpavimo metu susidaręs šalutinis produktas – metilo dujos – yra būtinos šių bakterijų dauginimuisi bei atmosferinio azoto fiksavimui. Kuo augalas intensyviau auga ir kvėpuoja, tuo bakterijos produktyviau dalyvauja azoto fiksavimo procese. Svarbu paminėti, kad šios bakterijos azotą kaupia augalo viduje, todėl nelieka rizikos, kad azotas išsiplaus į gilesnius dirvožemio sluoksnius bei gruntinius vandenis ar išgaruos.

Endofitinės bakterijos geba tiesiogiai slopinti patogenų infekciją ir skatinti augalo apsauginį atsaką patogenų sukeliamoms ligoms. Taigi metilotrofinės-endofitinės bakterijos yra alternatyvus atsinaujinantis išteklius, kuris į augalo augimo ciklą įtraukia biologinį azotą.

Ką parodė gamybiniai bandymai

Ieškodamas aplinką tausojančių sprendimų, UAB „Agrokoncernas“ į savo produktų krepšelį įtraukė biostimuliantą „BlueN“, kurio sudėtyje yra anksčiau minėtos metilotrofinės - endofitinės bakterijos – Methylobacter symbioticum (SB23).

Biostimulianto „BlueN“ gamybinius bandymus atlikome žieminių kviečių, žieminių rapsų bei cukrinių runkelių pasėliuose 2022-2023 metais. ŽŪB „Ateities ūkyje“ „BlueN“ panaudojimo bandymai atlikti su žieminiais rapsais ʿDuploʾ ir žieminiais kviečiais ʿEuforiaʾ. Žieminių rapsų pasėlyje „BlueN“ panaudotas rudenį, kai augalai buvo pasiekę BBCH 14-16 išsivystymo tarpsnį, o žieminiuose kviečiuose – pavasarį, augalams pradėjus krūmytis BBCH 29-30 (2023-04-24). Visi pasėlio priežiūros darbai (tręšimas, tręšimas per lapus, augalų apsauga) atlikti pagal UAB „Agrokoncernas“ rekomenduojamą technologiją. Azoto norma žieminiams kviečiams buvo 160 ir 180 kg ha^-¹, o žieminiams rapsams -150 ir 180 kg ha^-¹. Skirtingos azoto normos parinktos todėl, kad galėtume nustatyti, ar papildomai tręšiant augalus per lapus „BlueN“ produktu galime kompensuoti mažesnį mineralinių azotinių trąšų kiekį.  

2023 metų tyrimai parodė, kad žieminius kviečius tręšiant azoto 180 kg ha^-¹ norma gautas 130 kg ha^-¹ didesnis derliaus priedas nei patręšus 160 kg ha^-¹. Tręšimo technologiją papildžius produktu „BlueN“ ir augalus tręšiant 180 kg ha^-¹ azoto norma, gautas žieminių kviečių derliaus priedas siekė 250 kg ha^-¹. Kai azoto normą sumažinome iki 160 kg ha^-¹, atitinkamai gautas mažesnis derliaus priedas – 140 kg ha^-¹.

Gauti rezultatai rodo, kad tik užtikrinus tinkamą augalo mitybą azotu ir papildomai panaudojus produktą „BlueN“, galime gauti didesnį derliaus priedą. Verta paminėti, kad produktas „BlueN“ padidino grūdų baltymingumą 5,38 proc., kai buvo tręšiama mažesne azoto norma (N160) ir atitinkamai 2,21 proc., kai azoto atiduota visa norma (N180).

Žieminių rapsų pasėliuose didžiausią derlių (3,9 t ha^-¹) gavome augalus patręšus 180 kg ha^-¹ azoto norma ir  panaudojus produktą „BlueN“. Taip pat verta paminėti, kad šių bakterijų nauda buvo nustatyta vertinant žieminių rapsų aliejingumą. Kaip ir žieminiuose kviečiuose, taip ir žieminiuose rapsuose šis produktas buvo veiksmingesnis kokybiniams rodikliams pagerinti prie mažesnės azoto normos. Sumažinus azoto normą iki 150 kg ha^-¹ ir panaudojus „BlueN“, aliejingumas padidėjo 5,27 proc. ir atitinkamai 2,79 proc., kai azoto norma 180 kg ha^-¹.

2023 metais atliktas dviejų variantų bandymas su ankstyvos veislės ʿRaison NTʾ cukriniais runkeliais Kauno rajone. Tręšiant azotinėmis trąšomis (N 90) ir panaudojus biostimuliantą „BlueN“, gautas 8,4 t ha^-¹ derliaus priedas, taip pat gautas 1,79 proc. didesnis cukraus kiekis lyginant su kontroliniu variantu.

Suprasdami šio produkto potencialą ir tai, kad vienerių metų duomenų nepakanka teisingoms išvadoms suformuoti, 2024 metų sezonu bendradarbiaudami su įmone „Corteva“ tęsime išsamius „BlueN“ produkto panaudojimo tiksliuosius tyrimus ŽŪB „Ateities ūkis“ ir „Agrokoncerno“ Inovacijų ir tyrimų centre „AgroITC“.

Apibendrinimas

• Nauji moksliniai pasiekimai atvėrė galimybes panaudoti metilotrofines bakterijas biostimuliantų gamyboje. Šiuos produktus įtraukus į auginimo technologiją sukuriami augalo ir mikroorganizmų sinerginiai ryšiai yra draugiški aplinkai ir sudaro palankesnes augalų augimo sąlygas.
• Naujo rinkoje esančio produkto „BlueN“ poveikis nėra visiškai ištirtas, tačiau pirminiai tyrimų duomenys atskleidė, kad įtraukus šį produktą į augalo auginimo technologiją gauname geresnius derliaus kokybinius ir kiekybinius rodiklius.

Dr. Romutė MIKUČIONIENĖ, „Agrokoncerno“ Inovacijų ir tyrimų centras „AgroITC“

Povilas ŠVĖGŽDA, UAB „Agrokoncernas“

Nr. 305/7