Źródło azotu dla roślin — jak oszczędzić na nawozach sztucznych?
Azot ma ogromne znaczenie zarówno dla wzrostu, jak i plonowania roślin, a także dla utrzymania żyzności gleby. Jego źródłem w ostatnich latach były głównie nawozy mineralne, chociaż nierzadko pewien ekwiwalent stanowiły nawozy organiczne, zielone czy ściernisko. Obecnie kilkusetprocentowe, kosmiczne podwyżki cen nawozów azotowych, braki w dostępności organicznych sprawiają, że poszukujemy innych jego źródeł, gdyż bez tego pierwiastka plonu nie uzyskamy. Co zatem może stanowić alternatywne źródło azotu dla roślin?
Innym, nie mniej ważnym kierunkiem rozwoju nowoczesnej uprawy roślin jest wykorzystanie pożytecznych mikroorganizmów. Służą one nie tylko jako źródło azotu dla roślin. Mają też znacznie szersze zastosowanie.
Spis treści
Mikroorganizmy — źródło azotu dla roślin
Mikroorganizmy prokariotyczne to jedyne organizmy zdolne do wiązania azotu atmosferycznego. Grupa ta obejmuje mikroorganizmy formujące ścisłe symbiozy takie jak Rhizobium — czyli bakterie należące do rodzajów tworzących symbiozy z roślinami z rodziny Fabaceae (bobowate). Do symbiontów należą też promieniowce z rodzaju Frankia formujące symbiozy z drzewami, np. z olchą (Alnus spp.) i cyjanobakterie Anabaena tworzące symbiozę z wodnymi paprociami Azolla.
Kolejną grupą są mikroorganizmy wolno żyjące lub takie, które formują luźne asocjacje z roślinami uprawnymi. Do tej grupy należą mikroorganizmy takie jak:
- heterotroficzne bakterie tlenowe z rodzajów: Azotobacter, Azotococcus, Azospirillum, Beijerinckia i Derxia,
- cyjanobakterie (sinice): Nostoc, Anabaena, Tolypothrix lub Aulosira,
- obligatoryjnie beztlenowe bakterie Clostridium,
- fotosyntetyzujące bakterie purpurowe z rodzajów Rhodobacter, Rhodospirillum,
- ostatnią grupę stanowią endosymbiony, czyli mikroorganizmy wewnętrzne, zasiedlające przestrzenie między komórkami roślin.
Gen odpowiedzialny za zdolność do asymilacji azotu atmosferycznego wykryto także u wielu innych gatunków bakterii. Jednakże ich praktyczne zastosowanie jest obecnie niemożliwe, ponieważ nie umiemy ich hodować na masową skalę.
Obecnie wykorzystuje się wszystkie powyższe grupy jako źródło azotu dla roślin sadowniczych: bakterie symbiotyczne pośrednio zaś wolno żyjące i endofityczne bezpośrednio.
Symbiotyczne bakterie brodawkowe
W uprawach bardzo duże znaczenie mają bakterie symbiotyczne roślin bobowatych, które stanowią bezpośrednie źródło azotu dla roślin
Jakie jest najtańsze źródło azotu dla roślin?
takich jak koniczyna, lucerna czy soja. W zamian za udostępnianie roślinom azotu bakterie brodawkowe zostają obficie zaopatrzone w potrzebne im substancje odżywcze oraz uzyskują ochronę przed nadmiernym stężeniem tlenu, który negatywnie wpływa na wiązanie azotu.
Bakterie brodawkowe są najbardziej efektywnymi asymilatorami azotu atmosferycznego. W polskich warunkach mogą one dostarczyć od 40 do 250 kg azotu na hektar. W związku z tym są one od wieków wykorzystywane jako źródło azotu dla roślin, czy to jako symbionty z międzyplonem, czy elementem płodozmianu.
Badania wskazują na możliwość wykorzystania roślin bobowatych, jako międzyplonów w uprawach sadowniczych, a także jako zielonej ściółki czy wręcz jako roślin okrywowych.
Jednakże należy zwrócić uwagę na zastosowany jako źródło azotu gatunek rośliny bobowatej. W doświadczeniach pozytywny wpływ na plonowanie jabłoni zaobserwowano w przypadku zastosowania koniczyny czerwonej, grochu czy fasoli szparagowej, które zwiększały liczbę kwiatów jabłoni i przyspieszały dojrzewanie owoców.
Jednakże stosowanie roślin bobowatych może nieść ze sobą zagrożenia. Jednym z przykładów jest allelopatyczne działanie koniczyny białej, która może hamować wzrost roślin i ograniczać plonowanie.
Bakterie tworzące symbiozy z roślinami bobowatymi należą m.in. do rodzajów:
- Rhizobium,
- Bradyrhizonium,
- Mesorhizobium,
- Ensifer,
- Azorhizobium.
Wolno żyjące bakterie asymilujące azot
Bakterie wolno żyjące w glebie asymilują azot atmosferyczny z powietrza mniej wydajnie niż symbiotyczne bakterie brodawkowe. Ich wydajność zależy od kilku czynników. Wśród nich najważniejsze są odpowiednie wilgotność i odczyn gleby, a także podaż składników organicznych będących źródłem energii.
Do wolno żyjących bakterii asymilujących azot należą mikroorganizmy z rodzajów:
- Azospirill,
- Azotobacter,
- Amobeobacter,
- Azomonas,
- Bacillus,
- Beijerinckia,
- Chlorobium,
- Clostridium,
- Derxia,
- Desulfovibrio,
- Klebsiella,
- Rhodobacter,
- Rhodospirillum.
Korzyści, jakie daje stosowanie bakterii wolno żyjących to nie tylko zwiększenie ilości azotu w glebie. Wolno żyjące w glebie bakterie odblokowują, udostępniając roślinom dotychczas nierozpuszczalne w wodzie formy fosforu, potasu czy cynku. Wszystko to dzięki wydzielanym do gleby kwasom organicznym.
Endofity jako źródło azotu dla roślin
Endofity to organizmy kolonizujące tkanki rośliny-gospodarza, nie wywołując przy tym objawów chorobowych. Każdy gatunek rośliny jest gospodarzem dla wielu endofitów, przy czym zazwyczaj jeden lub dwa są dominujące. Niektóre endofity asymilują azot atmosferyczny i przekształcają go do form przyswajalnych dla roślin. Część z nich indukuje powstawanie brodawek na organach innych niż korzenie. Ta właściwość umożliwia roślinom wzrost na glebach ubogich w ten pierwiastek lub o właściwościach utrudniających rozwój niektórych bakterii wolno żyjących.
Kolonizacja rośliny przez endofity zachodzi przez różne miejsca. Naturalnymi wrotami są m.in. aparaty szparkowe w liściach i młodych pędach czy przetchlinki. Innym miejscem wnikania bakterii są wszelkie uszkodzenia skórki czy kory pędów, korzeni i innych części roślin.
Endofity przystosowały się do specyficznych warunków panujących wewnątrz organizmu rośliny. Okazuje się, że ich potencjał metaboliczny różni się od tych znajdujących się w glebie. Obligatoryjne endofity mają mniej bogaty arsenał metabolitów mających znaczenie antybakteryjne i antypasożytnicze. Jednakże ich siła metaboliczna skupia się na zwiększeniu panelu metabolitów odpowiadających za interakcje z gospodarzem. Życie w interakcji z roślinami wymaga adaptacji do wielu nisz, co przekłada się na zwiększoną ilość metabolitów wtórnych. Z drugiej strony, endofity wyspecjalizowane w interakcji z jednym określonym gatunkiem roślin i kolonizujące jedynie ściśle określone nisze produkują potencjalnie mniej metabolitów wtórnych. Jednakże wiele bakterii to endofity fakultatywne, radzące sobie dobrze zarówno w ryzosferze, jak i we wnętrzu rośliny.
Występowanie bakterii w przestrzeniach międzykomórkowych powoduje odsunięcie się od siebie komórek roślinnych i wzrost powierzchni chłonnej, przez którą mogą pobierać substancje pokarmowe. Co więcej, endofity mają zdolność do mineralizacji związków organicznych siarki i fosforu i udostępniania go roślinom.
Interesującym jest fakt, że obecność endofitów w tkankach roślin promuje intensywniejszą infekcję grzybami mikoryzowymi, a przez to wzrost dostępności fosforu dla gospodarza.
Inne korzyści związane ze stosowaniem bakterii w sadownictwie
Związki roślin z bakteriami warunkują także kontrolę biologiczną i odporność rośliny-gospodarza na patogeny. Wyróżnia się dwa rodzaje
Alternatywne źródła azotu dla roślin sadowniczych to m.in. endofity
kontroli biologicznej związanej z działaniem mikroorganizmów: działanie antagonistyczne oraz indukcja systemicznej oporności (ISR). To przede wszystkim indukcja oporności. Antagonizm wywołuje jednorazowy skutek i celuje w wąskie spektrum gatunkowe. Natomiast ISR wykorzystuje aktywowany przez bakterie szereg mechanizmów obronnych rośliny o szerokim zakresie działania.
Do antagonizmu bakterii zaliczana jest także produkcja sideroforów. Siderofory to związki organiczne, które mają duże powinowactwo do żelaza. Łatwo wiążą się one z żelazem, które staje się jednocześnie niedostępne dla patogenów. Zmniejszenie stężenia żelaza, ważnego makroelementu dla patogenicznych grzybów, ogranicza ich wzrost. Jednocześnie promuje rozwój samych roślin, które ponadto są w stanie pobierać żelazo chelatowane sideroforami bakteryjnymi. W protoplaście roślin i w przestrzeni peryplazmatycznej żelazo zostaje zredukowane do jonów Fe2+, które są wykorzystane w metabolizmie komórek roślinnych. Jak widać, bakterie to dobre źródło azotu dla roślin, ale nie tylko.
Ponadto bakterie wiążące azot produkują i wydzielają do otoczenia hormony roślinne, które odgrywają ogromną rolę w rozwoju roślin. Bakterie te wytwarzają auksyny (kwas indolilo-3-octowy czyli IAA), cytokininy i gibereliny, a także ich analogi. Te przyczyniają się do bardziej intensywnego wzrostu korzeni i części nadziemnych, intensywniejszego formowania zawiązków kwiatów czy wcześniejszego ich kwitnienia. Roślina dzięki temu bardziej się rozrasta, korzenie uzyskują większą powierzchnię chłonną. Ponadto modyfikacja ilości wytwarzanych przez bakterie hormonów może mieć ogromne znaczenie w molekularnej sygnalizacji w tkankach roślinnych.
Bakterie, w szczególności endofity mają także zdolność modyfikacji poziomu etylenu, który odpowiada za dojrzewanie i procesy starzenia roślin. Jest to skutek syntezy enzymu deaminazy ACC, czego skutkiem jest zmniejszenie produkcji etylenu. Dzięki temu baterie powstrzymują starzenie rośliny.
Podsumowanie
Reasumując, mikroorganizmy wiążące wolny azot atmosferyczny wydają się być obecnie ekonomicznie atrakcyjną i ekologicznie przyjazną alternatywą dla nawozów sztucznych. Szczególnie w systemach zrównoważonej produkcji rolnej oraz wszędzie tam, gdzie dostępność sztucznych środków produkcji jest utrudniona ze względów finansowych czy logistycznych.
Symbiotyczne związki roślin bobowatych i Rhizobiów mogą być głównym źródłem azotu w formie poplonów, międzyplonów czy po przetworzeniu jako gotowego nawozu. Natomiast wolno żyjące mikroorganizmy oraz endosymbionty, które wiążą azot, mogą być uzupełnieniem dla nawożenia azotowego w trwałych systemach niesymbiotycznych, takich jak sady, jagodniki, szkółki.
Obserwuj nas w Google News. Bądź na bieżąco!
