Vairāk par mikroorganismiem mūsu produktos un to ietekmi uz augsni un augiem

Trichoderma

Trichoderma ir sēņu ģints, kas plaši pazīstama ar savu nozīmi lauksaimniecībā, biotehnoloģijā un vides ilgtspējībā. Šīs sēnes bieži sastopamas augsnē un augu saknēs, kur tās darbojas kā bioloģiskās kontroles līdzekļi, nomācot augu patogēnus, konkurējot par vietu un barības vielām. Trichoderma sugas sēnes ražo fermentus, to skaitā, celulāzes un hitināzes, kas noārda patogēno sēņu šūnu sieniņas, tādejādi ierobežojot patogēno sēņu augšanu. Šīs sēnes var izraisīt sistēmisku rezistenci augos, stiprinot to aizsardzības mehānismus pret kaitīgiem ārējiem apstākļiem. Papildus tam, Trichoderma uztur augsnes auglību, piedaloties barības vielu apritē un organisko vielu sadalīšanā, veicinot humusa un strukturētas augsnes veidošanos. Tie ir efektīvi celulozes sadalītāji, īpaši vidē, kur citi mikroorganismi var būt mazāk aktīvi. To pielāgošanās spēja, nepatogēnā daba un vides priekšrocības padara Trichoderma par nozīmīgu rīku ilgtspējīgajā lauksaimniecībā.

Т.harzianum ir īpaši efektīva pret plašu augsnes patogēnu klāstu un spēj kolonizēt augu saknes, uzlabojot barības vielu pieejamību un augu vitalitāti. Savukārt T. viride izceļas ar organisko materiālu noārdīšanas spēju, tiek plaši izmantota kompostēšanā un sēklu apstrādē slimību profilaksei.

Atsauces:

Druzhinina, I. S., Seidl-Seiboth, V., Herrera-Estrella, A., Horwitz, B. A., Kenerley, C. M., Monte, E., Mukherjee, P. K., Zeilinger, S., Grigoriev, I. V., & Kubicek, C. P. (2011). Trichoderma: The genomics of opportunistic success. Nature Reviews Microbiology, 9(10), 749–759. https://doi.org/10.1038/nrmicro2637

Harman, G. E., Howell, C. R., Viterbo, A., Chet, I., & Lorito, M. (2004). Trichoderma species—Opportunistic, avirulent plant symbionts. Nature Reviews. Microbiology, 2(1), 43–56. https://doi.org/10.1038/nrmicro797

Islam, S. M. S., Hossain, A., Hasan, M., Itoh, K., & Tuteja, N. (2023). Application of Trichoderma spp. As biostimulants to improve soil fertility for enhancing crop yield in wheat and other crops. In S. S. Gill, N. Tuteja, N. A. Khan, & R. Gill (Eds.), Biostimulants in Alleviation of Metal Toxicity in Plants (pp. 177–206). Academic Press. https://doi.org/10.1016/B978-0-323-99600-6.00014-1

Shoresh, M., Harman, G. E., & Mastouri, F. (2010). Induced systemic resistance and plant responses to fungal biocontrol agents. Annual Review of Phytopathology, 48, 21–43. https://doi.org/10.1146/annurev-phyto-073009-114450

Tyśkiewicz, R., Nowak, A., Ozimek, E., & Jaroszuk-Ściseł, J. (2022). Trichoderma: The Current Status of Its Application in Agriculture for the Biocontrol of Fungal Phytopathogens and Stimulation of Plant Growth. International Journal of Molecular Sciences, 23(4), Article 4. https://doi.org/10.3390/ijms23042329

Bacillus

Bacillus sugas baktērijas bieži tiek izmantotas lauksaimniecībā, pateicoties to pozitīvajai ietekmei uz augu augšanu, augsnes veselību un kaitēkļu kontroli. Noteiktas Bacillus baktērijas, tostarp B. subtilis, spēj uzlabot atmosfēriskā slāpekļa fiksēšanu augsnē, pārvēršot to augiem pieejamā formā. Tāpat šie celmi spēj šķīdināt nešķīstošos fosfāta savienojumus, padarot fosforu pieejamu augiem. Tā kā gan slāpeklis, gan fosfors ir kritiski svarīgi elementi augu augšanai, Bacillus, īpaši B. subtilis, izmantošana ļauj ievērojami samazināt vai pat izvairīties no sintētisko mēslojumu lietošanas.

Bacillus baktērijas veicina arī augu augšanas procesus, producējot tādus hormonus kā auksīnus un citokinīnus, kas stimulē sakņu attīstību un uzlabo augu vispārējo veselību. Turklāt tās veicina barības vielu uzņemšanas efektivitāti augos, kas rezultējas lielākā ražā. Papildus tam, Bacillus var apslāpēt dažādu augu patogēnu iedarbību, producējot antifungālas un antibakteriālas vielas, kā arī stimulējot augu sistēmisko rezistenci, tādējādi pastiprinot dabīgos aizsardzības mehānismus pret slimībām.

Bacillus thuringiensis, īpaši tā specifiskie celmi, ir pazīstami ar spēju producēt proteīnus, kas ir toksiski kaitēkļu kāpuriem, bet nekaitē labvēlīgajiem kukaiņiem, piemēram, bitēm un citiem apputeksnētājiem. Šī īpašība padara B. thuringiensis par efektīvu un videi draudzīgu bioinsekticīdu. Savukārt B. subtilis veicina augu imūnsistēmas aktivitāti, producējot antimikrobiālas vielas un stimulējot augu aizsardzības mehānismus, kā arī uzlabo barības vielu pieejamību, pārvēršot sarežģītus savienojumus augiem viegli uzņemamā formā.

Papildus tam Bacillus baktērijas uzlabo augsnes struktūru un aerāciju, radot labvēlīgu vidi augu augšanai. Daži celmi tiek izmantoti arī bioremediācijā, jo spēj noārdīt organiskos piesārņotājus. Bacillus spēj arī aizkavēt augļu un dārzeņu pūšanu, pagarinot to glabāšanas laiku, inhibējot mikroorganismus, kas izraisa bojāšanos.

Atsauces:

Dame, Z. T., Rahman, M., & Islam, T. (2021). Bacilli as sources of agrobiotechnology: Recent advances and future directions. Green Chemistry Letters and Reviews, 14(2), 246–271. https://doi.org/10.1080/17518253.2021.1905080

Hashem, A., Tabassum, B., & Fathi Abd_Allah, E. (2019). Bacillus subtilis: A plant-growth promoting rhizobacterium that also impacts biotic stress. Saudi Journal of Biological Sciences, 26(6), 1291–1297. https://doi.org/10.1016/j.sjbs.2019.05.004

Khan, A. R., Mustafa, A., Hyder, S., Valipour, M., Rizvi, Z. F., Gondal, A. S., Yousuf, Z., Iqbal, R., & Daraz, U. (2022). Bacillus spp. as Bioagents: Uses and Application for Sustainable Agriculture. Biology, 11(12), 1763. https://doi.org/10.3390/biology11121763

Radhakrishnan, R., Hashem, A., & Abd_Allah, E. F. (2017). Bacillus: A Biological Tool for Crop Improvement through Bio-Molecular Changes in Adverse Environments. Frontiers in Physiology, 8, 667. https://doi.org/10.3389/fphys.2017.00667

Singh, S., & Shyu, D. J. H. (2024). Perspective on utilization of Bacillus species as plant probiotics for different crops in adverse conditions. AIMS Microbiology, 10(1), 220–238. https://doi.org/10.3934/microbiol.2024011

Azotobacter

Azotobacter ir brīvi dzīvojoša slāpekli fiksējoša baktērija, kas ir būtiska lauksaimniecībā un bieži tiek izmantota kā biomēslojums, pateicoties tās spējai uzlabot augsnes auglību un palielināt ražas apjomu.

Azotobacter sugas, īpaši A. chroococcum, ir pazīstamas ar spēju fiksēt atmosfēras slāpekli, pārvēršot to augiem uzreiz pieejamā formā. Šis process ir īpaši nozīmīgs augiem, kuri nespēj veidot sakņu gumiņus. Pētījumi liecina, ka Azotobacter izmantošana var palielināt ražas apjomu, sasniedzot līdz pat 45% ražas pieaugumu.

Papildus slāpekļa fiksācijai Azotobacter sintezē arī augu augšanas hormonus, piemēram, giberelīnus un auksīnus, kas veicina sakņu attīstību, uzlabo augu augšanu un barības vielu uzņemšanu. Turklāt Azotobacter ražo antimikrobiālas vielas, kas spēj aizsargāt augus no patogēniem, tādējādi samazinot slimību izplatību.

Azotobacter palīdz arī fosfora un citu būtisku elementu šķīdināšanā augsnē, uzlabojot augsnes veselību un sekmējot ilgtspējīgu saimniekošanu, jo samazina ķīmisko mēslošanas līdzekļu lietošanu. Pētījumi rāda, ka, apstrādājot augsni ar Azotobacter, tiek veicināta organisko vielu sadalīšanās, piemēram, kompostēšanā, kas uzlabo augsnes struktūru un barības vielu apriti.

Azotobacter izmantošana var palīdzēt samazināt augsnes degradāciju un ūdens piesārņojumu. Izmantojot Azotobacter biomēslojumus, lauksaimnieki var ietaupīt 60–80 kg urīnvielas uz hektāru, kas nodrošina gan ekonomiskus, gan vides ieguvumus.

Atsauces:

Aasfar, A., Bargaz, A., Yaakoubi, K., Hilali, A., Bennis, I., Zeroual, Y., & Meftah Kadmiri, I. (2021). Nitrogen Fixing Azotobacter Species as Potential Soil Biological Enhancers for Crop Nutrition and Yield Stability. Frontiers in Microbiology, 12. https://doi.org/10.3389/fmicb.2021.628379

Wani, S., Chand, S., & Ali, T. (2013). Potential Use of Azotobacter chroococcum in Crop Production: An Overview. Current Agriculture Research Journal, 1, 35–38. https://doi.org/10.12944/CARJ.1.1.04

Polyangium

Polyangium baktērijas tiek izmantotas lauksaimniecībā galvenokārt to spējas dēļ ražot bioaktīvas vielas, kas veicina augu augšanu un nodrošina aizsardzību pret patogēniem.

Dažas Polyangium sugas, īpaši Polyangium cellulosum, spēj pārstrādāt nešķīstošus organiskos savienojumus, tostarp celulozi. Šī spēja ļauj Polyangium ne tikai noārdīt sarežģītus organiskos savienojumus, bet arī sintezēt vielas, kas kavē kaitīgo mikroorganismu augšanu.

Polyangium ražo dažādus sekundāros metabolītus ar spēcīgām antibakteriālām un pretsēnīšu īpašībām. Sadalot organisko materiālu, šīs baktērijas uzlabo barības vielu apriti augsnē, tādējādi veicinot augsnes veselību. Turklāt Polyangium metaboliskie procesi uzlabo gan augsnes struktūru, gan auglību, padarot to par nozīmīgu palīgu ilgtspējīgā lauksaimniecībā.

Atsauces:

Bhat, M. A., Mishra, A. K., Bhat, M. A., Banday, M. I., Bashir, O., Rather, I. A., Rahman, S., Shah, A. A., & Jan, A. T. (2021). Myxobacteria as a Source of New Bioactive Compounds: A Perspective Study. Pharmaceutics, 13(8), 1265. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics13081265

Wang, J., ran, Q., Du, X., Wu, S., Wang, J., Sheng, D., Chen, Q., Du, Z., & Li, Y. (2021). Two new Polyangium species, P. aurulentum sp. Nov. And P. jinanense sp. Nov., isolated from a soil sample. Systematic and Applied Microbiology, 44(6), 126274. https://doi.org/10.1016/j.syapm.2021.126274

Pseudomonas

Pseudomonas ģints baktērijas ir plaši pazīstamas ar savu daudzveidību un labvēlīgo ietekmi uz augsnes veselību un augu augšanu. Tās ir dabiskas augsnes mikroorganismu sastāvdaļas un bieži tiek izmantotas lauksaimniecībā kā bioloģiskie līdzekļi, lai uzlabotu kultūraugu ražību un mazinātu augu slimību izplatību.

Viens no galvenajiem ieguvumiem, ko sniedz Pseudomonas baktērijas, ir to spēja ražot bioloģiski aktīvas vielas, piemēram, sideroforus, kas saista dzelzi un padara to pieejamāku augiem. Tās arī izdala fitohormonus, kas stimulē gan augu sakņu sistēmas augšanu, gan arī augšanu garumā un ziedu ziedēšanu. Pseudomonas izdala arī enzīmus un antibiotikas, kas kavē patogēno mikroorganismu attīstību. Šīs īpašības padara Pseudomonas baktērijas efektīvu instrumentu integrētās augu aizsardzības stratēģijās.

Papildus augu augšanas veicināšanai Pseudomonas baktērijas palīdz uzlabot augsnes struktūru un mikrobioloģisko līdzsvaru. Tās ir īpaši noderīgas ilgtspējīgajā un bioloģiskajā lauksaimniecībā, kur liela nozīme tiek pievērsta dabiskajiem resursiem un videi draudzīgiem risinājumiem. Ar šo baktēriju palīdzību iespējams samazināt sintētisko mēslojumu un pesticīdu izmantošanu, vienlaikus saglabājot augstu ražību.

Atsauces:

Mehmood, N., Saeed, M., Zafarullah, S., Hyder, S., Rizvi, Z. F., Gondal, A. S., Jamil, N., Iqbal, R., Ali, B., Ercisli, S., & Kupe, M. (2023). Multifaceted Impacts of Plant-Beneficial Pseudomonas spp. In Managing Various Plant Diseases and Crop Yield Improvement. ACS Omega, 8(25), 22296–22315. https://doi.org/10.1021/acsomega.3c00870

Misra, P., Archana, Uniyal, S., & Srivastava, A. K. (2022). Pseudomonas for sustainable agricultural ecosystem. In R. Pratap Singh, G. Manchanda, K. Bhattacharjee, & H. Panosyan (Eds.), Microbial Syntrophy-Mediated Eco-enterprising (pp. 209–223). Academic Press. https://doi.org/10.1016/B978-0-323-99900-7.00012-2

Nerek, E., Sokołowska, B., Nerek, E., & Sokołowska, B. (2022). Pseudomonas spp. In biological plant protection and growth promotion. AIMS Environmental Science, 9(4), Article Environ-09-04-029. https://doi.org/10.3934/environsci.2022029

Sah, S., Krishnani, S., & Singh, R. (2021). Pseudomonas mediated nutritional and growth promotional activities for sustainable food security. Current Research in Microbial Sciences, 2, 100084. https://doi.org/10.1016/j.crmicr.2021.100084

Sanow, S., Kuang, W., Schaaf, G., Huesgen, P., Schurr, U., Roessner, U., Watt, M., & Arsova, B. (2023). Molecular Mechanisms of Pseudomonas-Assisted Plant Nitrogen Uptake: Opportunities for Modern Agriculture. Molecular Plant-Microbe Interactions®, 36(9), 536–548. https://doi.org/10.1094/MPMI-10-22-0223-CR

Zboralski, A., & Filion, M. (2023). Pseudomonas spp. Can help plants face climate change. Frontiers in Microbiology, 14. https://doi.org/10.3389/fmicb.2023.1198131

Streptomyces

Streptomyces ir baktēriju ģints, kas ieņem būtisku lomu lauksaimniecībā, pateicoties to bioloģiskās kontroles un augu augšanu veicinošajām īpašībām. Šīs baktērijas ir plaši sastopamas augsnē un ir zināmas ar spēju ražot dažādas bioloģiski aktīvas vielas, tostarp antibiotikas un enzīmus, kas pozitīvi ietekmē kultūraugu veselību un ražību.

Streptomyces sugas ir efektīvi bioloģiskās kontroles līdzekļi pret dažādiem augu patogēniem. Tās ražo sekundāros metabolītus ar antimikrobiālām īpašībām, kas palīdz apspiest sēnīšu un baktēriju slimības augos. Piemēram, daži Streptomyces celmi efektīvi cīnās ar patogēniem, piemēram, Fusarium , kas izraisa tai skaitā vārpu fuzariozi, būtiski uzlabojot skarto kultūru augšanu. Turklāt Streptomyces izdala gaistošus organiskos savienojumus, kas kavē patogēnu augšanu un veicina augu veselību, stiprinot baktēriju konkurētspēju sakņu zonā.

Streptomyces ir pazīstams ar spēju ražot antibiotikas, kuras tiek izmantotas gan medicīnā, gan lauksaimniecībā augu slimību apkarošanai. Tās ražo sideroforas, kas palīdz saistīt dzelzi no vides, padarot to nepieejamu patogēniem un uzlabojot augu uzturvielu uzņemšanu. Streptomyces var noārdīt sarežģītus organiskos savienojumus, izmantojot enzīmus, uzlabojot augsnes veselību un nodrošinot augiem pieejamākas barības vielas.

Papildus bioloģiskās kontroles īpašībām, Streptomyces veicina augu augšanu, ražojot fitohormonus, tai skaitā indola-3-etiķskābi (IAA), kas veicina sakņu attīstību un kopējo augu augšanu. Šīs baktērijas spēj šķīdināt būtiskas barības vielas, piemēram, fosforu, padarot tās pieejamākas augiem. Kā arī noārdot organiskās vielas un veicinot mikroorganismu kopienu aktivitāti, Streptomyces palīdz uzturēt veselīgu augsnes ekosistēmu.

Atsauces:

Khan, S., Srivastava, S., Karnwal, A., & Malik, T. (2023). Streptomyces as a promising biological control agents for plant pathogens. Frontiers in Microbiology, 14. https://doi.org/10.3389/fmicb.2023.1285543

Olanrewaju, O. S., & Babalola, O. O. (2019). Streptomyces: Implications and interactions in plant growth promotion. Applied Microbiology and Biotechnology, 103(3), 1179–1188. https://doi.org/10.1007/s00253-018-09577-y

Pacios-Michelena, S., Aguilar González, C. N., Alvarez-Perez, O. B., Rodriguez-Herrera, R., Chávez-González, M., Arredondo Valdés, R., Ascacio Valdés, J. A., Govea Salas, M., & Ilyina, A. (2021). Application of Streptomyces Antimicrobial Compounds for the Control of Phytopathogens. Frontiers in Sustainable Food Systems, 5. https://doi.org/10.3389/fsufs.2021.696518

Vurukonda, S. S. K. P., Giovanardi, D., & Stefani, E. (2018). Plant Growth Promoting and Biocontrol Activity of Streptomyces spp. As Endophytes. International Journal of Molecular Sciences, 19(4), 952. https://doi.org/10.3390/ijms19040952

Ensifer meliloti

Ensifer meliloti ir simbiotiska baktērija, kas fiksē slāpekli, veidojot gumiņus uz tauriņziežu saknēm, īpaši lucernas, āboliņa un pākšaugiem. Slāpeklis tiek fiksēts un pārvērsts augiem pieejamā formā – amonijā. Simbiozes rezultātā, augi sniedz baktērijām enerģiju organisko savienojumu veidā, savukārt baktērija nodrošina augu ar nepieciešamo slāpekli.

Baktērija papildus simbiotiskām attiecībām, bagātina arī apkārtējo augsni ar slāpekli, padarot to pieejamāku arī citiem augiem un palīdzot uzlabot augsnes mikrobioloģisko līdzsvaru. Šis process uzlabo augsnes auglību, veicinot kultūraugu augšanu, vienlaikus samazinot nepieciešamību pēc sintētiskajiem slāpekļa mēslojumiem.

Papildus slāpekļa fiksācijai, Ensifer meliloti ražo fitohormonus, kas stimulē sakņu sistēmas attīstību un uzlabo augu spēju uzņemt citas barības vielas. Ensifer meliloti spēj pielāgoties dažādiem augsnes apstākļiem un spēj efektīvi veidot simbiozi ar dažādām tauriņziežu sugām.

Atsauces:

Alami, S., Bennis, M., Lamin, H., Kaddouri, K., Bouhnik, O., Lamrabet, M., Chaddad, Z., Bacem, M., Abdelmoumen, H., Bedmar, E., & Missbah El Idrissi, M. (2023). The inoculation with Ensifer meliloti sv. Rigiduloides improves considerably the growth of Robinia pseudoacacia under lead-stress. Plant and Soil, 497, 1–19. https://doi.org/10.1007/s11104-023-05974-z

Biondi, E. G., Tatti, E., Comparini, D., Giuntini, E., Mocali, S., Giovannetti, L., Bazzicalupo, M., Mengoni, A., & Viti, C. (2009). Metabolic Capacity of Sinorhizobium (Ensifer) meliloti Strains as Determined by Phenotype MicroArray Analysis. Applied and Environmental Microbiology, 75(16), 5396–5404. https://doi.org/10.1128/AEM.00196-09

Rhizobium

Rhizobium baktērijas ir augsnē dzīvojošas baktērijas, kas labi zināmas ar nozīmīgu lomu slāpekļa fiksācijā un augu auglības veicināšanā. Šīs baktērijas spēj saistīties ar dažādiem pākšaugiem, veidojot gumiņus uz auga saknēm, kā rezultātā veidojas abpusēji izdevīgas, simbiotiskas attiecības. Augs nodrošina baktērijas ar ogļhidrātiem un aizsardzību, savukārt baktērijas fiksē atmosfēras slāpekli, nodrošinot augu ar slāpekli, augam uzņemamā formā. Slāpeklis, ko augs neizmanto, nokļūst augsnē, kur to var izmantot citi augi. Rhizobium baktērijas spēj piesaistīt 150-275 kg N/ha sezonā.

Ne visas Rhizobium baktērijas spēj veidot simbiozi ar visu veidu pākšaugiem. Šīs attiecības ir sugu specifiskas – noteiktām pākšaugu kultūrām gumiņi veidosies ar specifiskām baktērijām, piemēram, Rhizobium leguminosarum veidos simbiozi ar zirņiem, vīķiem un cūku pupām, Rhizobium trifolii – ar āboliņu, Rhizobium(Bradyrhizobium) japonicum – soju, Rhizobium phaesoli – pupiņām, Rhizobium (Bradyrhizobium) lupini – lupīnu, seradellu, esparseti, Rhizobium galegae – galegu, savukārt Rhizobium (Ensifer) meliloti simbiotiskas attiecības veidos ar lucernu, facēliju- bišu āboliņu un balto amoliņu.

Atsauces:

Graham, P. H., & Vance, C. P. (2000). Nitrogen fixation in perspective: An overview of research and extension needs. Field Crops Research, 65(2), 93–106. https://doi.org/10.1016/S0378-4290(99)00080-5

Masson-Boivin, C., Giraud, E., Perret, X., & Batut, J. (2009). Establishing nitrogen-fixing symbiosis with legumes: How many rhizobium recipes? Trends in Microbiology, 17(10), 458–466. https://doi.org/10.1016/j.tim.2009.07.004

Peoples, M. B., Herridge, D. F., & Ladha, J. K. (1995). Biological nitrogen fixation: An efficient source of nitrogen for sustainable agricultural production? Plant and Soil, 174(1), 3–28. https://doi.org/10.1007/BF00032239

Somasegaran, P., & Hoben, H. J. (1994). Handbook for Rhizobia. Springer. https://doi.org/10.1007/978-1-4613-8375-8

Zahran, H. H. (1999). Rhizobium-Legume Symbiosis and Nitrogen Fixation under Severe Conditions and in an Arid Climate. Microbiology and Molecular Biology Reviews, 63(4), 968–989.