Postępujące zmiany klimatyczne wymagają rozwoju innowacyjnych i zrównoważonych metod produkcji roślin. Wraz z rosnącymi wymaganiami konsumentów i zapotrzebowaniem na bezpieczną, wysokiej jakości żywność, wzrasta znaczenie bionawozów, biostymulatorów i biologicznych środków ochrony roślin.
Mikroorganizmy o różnych mechanizmach działania
Biopreparaty, w szczególnościoparte na konsorcjach pożytecznych mikroorganizmów, są kluczowym kierunkiem rozwoju bezpiecznych środków ochrony roślin przed chorobami i szkodnikami. Obecnie na świecie prowadzi się intensywne badania nad wykorzystaniem wielu mikroorganizmów o różnych mechanizmach biostymulującego i ochronnego działania w uprawie roślin. Badany jest wpływ stosowania pojedynczych szczepów oraz ich konsorcjów na wzrost, plonowanie, zdrowotność oraz stan odżywienia roślin w składniki mineralne, zawartość chlorofilu, intensywność fotosyntezy oraz wytrzymałość roślin na biotyczne i abiotyczne stresy środowiskowe. Pojedyncze szczepy bakterii i grzybów są już stosowane w produkcji roślinnej jako biologicznie aktywne składniki środków ochrony roślin i nawozowych produktów mikrobiologicznych, bionawozów, ulepszaczy glebowych, a także biostymulatorów. Zazwyczaj łatwiejsze jest rejestrowanie produktów zawierających jeden, dokładnie scharakteryzowany (metodami biochemicznymi i molekularnymi) szczep spośród pożytecznych mikroorganizmów. Formulacje pojedynczych szczepów w niektórych produktach mikrobiologicznych do ochrony roślin wynikają z regulacji prawnych w krajach, które wykluczają rejestrację środków ochrony roślin zawierających więcej niż jeden szczep.
Specyfika działania
Badania dotyczące biostymulującego i ochronnego wpływu pożytecznych mikroorganizmów ukierunkowane na lepsze poznanie interakcji między roślinami i glebą a mikroorganizmami prowadzone w Zakładzie Mikrobiologii i Ryzosfery Instytutu Ogrodnictwa – PIB oraz w innych ośrodkach naukowych na świecie wskazują, że konsorcja takich mikroorganizmów są przydatne w profilaktyce i zwalczaniu niektórych bakterii i grzybów – sprawców chorób roślin. W szczególności dotyczy to chorób odglebowych, które są przyczyną znacznych strat plonów roślin, prowadzą do degradacji i skrócenia czasu użytkowania gleby, a także do całkowitego zniszczenia plantacji. W celu ograniczenia negatywnego wpływu fitopatogenów coraz częściej stosuje się uprawy bezglebowe na podłożach inertnych. Do na ogół stosowanych na świecie należą: wełna mineralna, wełna szklana, keramzyt, perlit, pumeks oraz pianka poliuretanowa i polifenolowa. W Polsce największym zainteresowaniem cieszy się wełna mineralna, która charakteryzuje się dużą porowatością i pojemnością wodną. Jednak ze względu na wyższe koszty podłoża te mają zastosowanie prawie wyłącznie w produkcji owoców deserowych pod osłonami na wczesny lub późny zbiór. Wielkotowarowa produkcja polowa roślin uprawnych wymaga jednak stosowania odpowiedniej ochrony chemicznej. W przeszłości, kiedy dopuszczona była chemiczna fumigacja gleby bromkiem metylu, nasilenie chorób odglebowych i niektórych szkodników było efektywnie ograniczane. Wycofanie bromku metylu przyczyniło się do zwiększenia zagrożeń ze strony bytujących w glebie mikroorganizmów chorobotwórczych i szkodników, w szczególności nicieni, które są jednymi z wektorów czynników infekcyjnych. Wymusza to zmianę podejścia do prowadzonej agrotechniki i ochrony roślin. W celu zwiększenia wytrzymałości roślin uprawnych na stresy środowiskowe prowadzone są programy ukierunkowane na hodowlę odmian odpornych na choroby i szkodniki.
Nowe rozwiązania biotechnologiczne
W latach 2018–2023 w Instytucie Ogrodnictwa – PIB w Skierniewicach, opracowano konsorcja mikrobiologiczne w ramach projektu EcoFruits, pt. „Nowe rozwiązania biotechnologiczne w diagnostyce, zwalczaniu i monitoringu kluczowych patogenów grzybowych w ekologicznej uprawie owoców miękkich”. Badania obejmowały ocenę skuteczności opracowanych biopreparatów mikrobiologicznych w warunkach laboratoryjnych, fitotronowych i w doświadczeniach polowych w ograniczaniu występowania chorób roślin z uwzględnieniem poprawy jakości gleby i prozdrowotnych walorów owoców. Uzyskane wyniki wskazują, że najwyższe plonowanie maliny odmian ‘Polana’ i ‘Poemat’ oraz truskawki odmian ‘Rumba’ i ‘Honeoye’ uzyskano po zastosowaniu konsorcjów mikrobiologicznych o działaniu biostymulującym i ochronnym, zarówno u roślin nawadnianych optymalnie, jak i przy nawadnianiu ograniczonym o 50%. Wykazano korzystne działanie zastosowanych biopreparatów mikrobiologicznych zawierających szczepy bakterii z rodzajów Lysobacter i Pseudomonas na wzrost, plonowanie i stan zdrowotny roślin, a także na ograniczanie negatywnych skutków stresu suszy. Stosowanie konsorcjów mikrobiologicznych wpłynęło także korzystnie na ochronę roślin truskawki i maliny przed agrofagami oraz na zasiedlanie korzeni badanych odmian roślin truskawki i maliny przez arbuskularne grzyby mikoryzowe.
Bakterie z rodzaju Lysobacter zyskują coraz większe znaczenie ze względu na ich ochronne działanie w uprawach roślin. W świetle badań, gatunki należące do tego rodzaju są pasożytami wielu mikroorganizmów fitopatogennych, w tym lęgniowców. Jednym z mechanizmów działania Lysobacter spp. przeciwko patogenicznym grzybom jest synteza i wydzielanie substancji lotnych zaburzających ich rozwój. Związki lotne produkowane przez Lysobacter antibioticus HS124 hamowały wytwarzanie zarodników przez grzyb Fusarium graminearum powodujący takie choroby, jak: zgorzel siewek, fuzarioza kłosów zbóż, fuzaryjna zgorzel łodyg kukurydzy, fuzaryjna zgorzel goździka. Bakterie Lysobacter enzymogenes OH11 okazały się skuteczne w zwalczaniu antraknozy owoców gruszy, a także antraknozy i miękkiej zgnilizny owoców awokado powodowanych przez Colletotrichum fructicola. Bakterie Lysobacter antibioticus
13-1 skutecznie chroniły rośliny ryżu przed Xanthomonas oryzae pv. oryzae, sprawcę bakteryjnej zarazy ryżu. Profilaktycznie stosowane bakterie Lysobacter capsici AZ78 na liście winorośli ograniczały infekcję winorośli powodowaną przez lęgniowca Plasmopara viticola powodującego mączniaka rzekomego winorośli. Inny szczep gatunku Lysobacter capsici NF87-2 wykazywał silne działanie hamujące rozwój czarnej zgnilizny zawiązków i pędów roślin dyniowatych powodowanej przez Didymella bryoniae. Zaprawianie nasion dyni tymi bakteriami, po uprzednim zainokulowaniu patogenem, wpłynęło korzystnie na ich kiełkowanie. Szczep bakterii Lysobacter enzymogenes LE16 wykazał dużą efektywność w ograniczaniu występowania objawów szarej pleśni wywoływanej przez Botrytis cinerea na pomidorach. Ponadto, odnotowano, że bakteria Lysobacter enzymogenes B25 może być skutecznym środkiem do zwalczania szkodliwych nicieni, takich jak Meloidogyne incognita i Meloidogyne javanica pasożytujących na korzeniach pomidora. Czterokrotne zastosowanie tych bakterii wykazało 50–95% skuteczność w ograniczaniu występowania nicieni, zależnie od wielkości ich populacji. Mechanizmy działania bakterii przeciwko nicieniom obejmują m.in. wytwarzanie enzymów litycznych i toksycznych metabolitów wtórnych oraz indukcję mechanizmów obronnych roślin. Pozytywne działanie bakterii z rodzaju Lysobacter na wzrost roślin jest także związane z takimi mechanizmami, jak: zdolność do udostępniania jonów P, N i K oraz mikroelementów, hydrolizy celulozy oraz syntezy regulatorów wzrostu o działaniu biostymulującym wzrost i plonowanie roślin.
Także liczne szczepy bakterii z rodzaju Pseudomonas mają właściwości stymulacji wzrostu i ochrony roślin. Są one stosowane w formulacjach preparatów mikrobiologicznych przeznaczonych do różnych upraw roślin. Mają działanie nawozowe, biostymulujące i ochronne. Wykazują silną aktywność antagonistyczną wobec różnych patogenów, którą można wykorzystać w biologicznej ochronie przed chorobami roślin. Bakterie te są stosowane pojedynczo oraz w konsorcjach z różnymi szczepami pożytecznych bakterii różnych gatunków rodzaju Pseudomonas. Wyizolowane z ryzosfery i fyllosfery ziemniaka wykazały działanie antagonistyczne w stosunku do sprawcy zarazy ziemniaka, lęgniowca Phytophthora infestans, co skutkowało ograniczaniem występowania tej choroby.
Zastosowanie produktów mikrobiologicznych ograniczających szkodliwość fitopatogennych grzybów i bakterii jest szczególnie ważne, zwłaszcza w rolnictwie ekologicznym, w którym zabronione jest stosowanie syntetycznych środków ochrony roślin. W związku z tym dynamicznie wzrasta produkcja i dostępność na rynku produktów mikrobiologicznych, w tym bionawozów i preparatów o działaniu ochronnym. Umożliwia to ograniczenie stosowania i zmniejszenie negatywnego wpływu chemicznych środków produkcji na rośliny, ludzi i środowisko. Na rynku są już dostępne produkty zawierające zarówno jeden szczep pożytecznych mikroorganizmów, jak i konsorcja mikroorganizmów o działaniu synergistycznym, a także preparaty z konsorcjami różnych szczepów bakterii, bakterii z grzybami mikoryzowymi lub bakterii z grzybami rodzaju Trichoderma, które są nadpasożytami patogenów roślin. Wysoka skuteczność opracowanych konsorcjów pożytecznych mikroorganizmów, o działaniu biostymulującym i ochronnym, w ekologicznej uprawie roślin maliny i truskawki przyczyni się do zwiększenia areału ekologicznej uprawy roślin jagodowych i konkurencyjności producentów biopreparatów w Polsce. Nowo opracowane biopreparaty stymulują wzrost i plonowanie roślin maliny i truskawki oraz innych upraw ogrodniczych, mają działanie ochronne przeciwko głównym patogenom, wpływają na zwiększenie bioróżnorodności gleby i mikrobiomu roślin uprawnych. Nowo opracowane metody biologicznej ochrony roślin oraz wykrywania i monitorowania najważniejszych patogenów grzybowych roślin jagodowych (Botrytis cinerea, Verticillium sp., Phytophthora sp., Colletotrichum acutatum) są stosowane w ochronie i monitorowaniu ekologicznych upraw maliny i truskawki. Z powodu wysokiej skuteczności konsorcjów pożytecznych mikroorganizmów w biostymulacji i ochronie roślin, Instytut Ogrodnictwa – PIB sukcesywnie wdraża nowo opracowane biopreparaty mikrobiologiczne i zrównoważone technologie uprawy do praktyki ogrodniczej w Polsce.
Prof. dr hab. Lidia Sas-Paszt Zakład Mikrobiologii i Ryzosfery Instytut Ogrodnictwa – Państwowy Instytut Badawczy w Skierniewicach
