Микробный инокулянт

Микробные инокулянты , также известные как почвенные инокулянты или биоинокулянты , представляют собой сельскохозяйственные добавки, в которых используются полезные ризосферные или эндофитные микробы для укрепления здоровья растений. Многие из задействованных микробов образуют симбиотические отношения с целевыми культурами, от которых выигрывают обе стороны ( мутуализм ). Хотя микробные инокулянты применяются для улучшения питания растений, их также можно использовать для стимулирования роста растений путем стимуляции выработки растительных гормонов. ^[1]^[2] Хотя бактериальные и грибковые инокулянты широко распространены, все больше изучается инокуляция архей для стимулирования роста растений. ^[3]

Исследования преимуществ инокулянтов в сельском хозяйстве выходят за рамки их возможностей в качестве биоудобрений . Микробные инокулянты могут вызывать системную приобретенную устойчивость (SAR) видов сельскохозяйственных культур к нескольким распространенным болезням сельскохозяйственных культур (обеспечивает устойчивость к патогенам). На данный момент SAR был продемонстрирован для мучнистой росы ( Blumeria graminis f. sp. hordei , Heitefuss, 2001), всеобщей ( Gaemannomyces graminis var. tritici , Khaosaad et al. , 2007), пятнистости листьев ( Pseudomonas syringae , Ramos Solano et al. , 2007). al. , 2008) и корневые гнили ( Fusarium culmorum , Waller et al. 2005).

Однако все больше признается, что микробные инокулянты часто модифицируют микробное сообщество почвы (Mawarda et al. , 2020).

Бактериальный

Ризобактериальные инокулянты

Ризобактерии , обычно применяемые в качестве инокулянтов, включают азотфиксаторы, солюбилизаторы фосфатов и другие полезные бактерии, связанные с корнями, которые повышают доступность макроэлементов азота и фосфора для растения-хозяина. Такие бактерии обычно называют ризобактериями, способствующими росту растений (PGPR).

Азотфиксирующие бактерии

Наиболее часто применяемыми ризобактериями являются Rhizobium и близкородственные роды. Ризобиумы — азотфиксирующие бактерии, образующие симбиотические ассоциации внутри клубеньков на корнях бобовых растений . Это увеличивает азотное питание хозяина и важно для выращивания сои, нута и многих других зернобобовых культур. Для немобовых культур азоспириллы в некоторых случаях полезны для фиксации азота и питания растений. было показано, что ^[1]

На зерновых культурах диазотрофные ризобактерии усиливают рост растений, ^[4] урожайность зерна (Caballero-Mellado et al. , 1992), поглощение азота и фосфора, ^[4] азот (Caballero-Mellado et al. , 1992), фосфор (Caballero-Mellado et al. , 1992; Белимов и др. , 1995) и содержание калия (Caballero-Mellado et al. , 1992). Ризобактерии живут в корневых узлах и связаны с бобовыми.

Фосфаторастворимые бактерии

использованию фосфатолюбилизирующих бактерий (ПСБ), таких как Agrobacterium radiobacter Для улучшения фосфорного питания также уделяется внимание (Белимов и др. , 1995a; 1995b; Singh & Kapoor, 1999). Как следует из названия, PSB — это свободноживущие бактерии, которые расщепляют неорганические фосфаты почвы до более простых форм, которые могут усваиваться растениями.

Грибковые инокулянты

Симбиотические отношения между грибами и корнями растений называются ассоциацией микоризы . ^[5] Эти симбиотические отношения присутствуют почти во всех наземных растениях и дают преимущества для выживания как растениям, так и грибам. ^[5] Растение может отдавать грибам более 5–30% производимой энергии в обмен на увеличение площади поглощения корней с помощью гиф , что дает растению доступ к питательным веществам, которые иначе оно не смогло бы получить. ^[5]^[6] Двумя наиболее распространенными микоризами являются арбускулярные микоризы и эктомикоризы . Ассоциации эктомикоризы чаще всего встречаются у древесных пород и имеют меньшее значение для сельскохозяйственных систем. ^[7]

Арбускулярная микориза

Арбускулярная микориза (АМ) привлекла внимание как потенциальное изменение в сельском хозяйстве из-за ее способности получать доступ к фосфору растения-хозяина и обеспечивать его. ^[7] В тепличной системе с пониженным уровнем внесения удобрений, которая была инокулирована смесью AM-грибов и ризобактерий , урожайность томатов, полученная при 100% фертильности, была достигнута при 70% фертильности. ^[8] Такое сокращение применения удобрений на 30% может помочь снизить загрязнение биогенными веществами и продлить срок службы ограниченных минеральных ресурсов, таких как фосфор ( Пик фосфора ). Другие эффекты включают повышение толерантности к солености , ^[9] устойчивость к засухе, ^[10] и устойчивость к токсичности следов металлов. ^[11]

Грибковые партнеры

Сама по себе прививка от грибка может принести пользу хозяинурастения. Прививка в сочетании с другими поправками может еще больше улучшитьусловия. Инокуляция арбускулярной микоризы в сочетании с компостом являетсяобычная бытовая поправка для личных садов, сельского хозяйства и питомников. Этобыло замечено, что это сочетание может также способствовать микробным функциям впочвы, подвергшиеся воздействию горнодобывающей промышленности . ^[12]

Определенные грибковые партнеры лучше всего справляются с конкретными задачами. экотонов или с определенными культурами. Инокуляция арбускулярной микоризы в сочетании с растениемБактерии, способствующие росту, привели к более высокому урожаю и более быстрому созреваниювысокогорные рисовые поля. ^[13]

Рост кукурузы улучшился после внесения поправки в арбускулярная микориза и биоуголь . Эта поправка также может уменьшить Поглощение кадмия сельскохозяйственными культурами. ^[14]

Использование инокулянта

Грибковые инокулянты можно использовать с дополнительными изменениями или без них в частных садах, приусадебных участках, сельскохозяйственном производстве, местных питомниках и проектах восстановления земель.

Композитные инокулянты

комбинация штаммов ризобактерий, способствующих росту растений (PGPR), приносит пользу рису и ячменю. Было показано, что ^[15]^[16] Основным преимуществом двойной инокуляции является увеличение потребления питательных веществ растениями как из почвы, так и из удобрений. ^[15] Также было продемонстрировано, что несколько штаммов инокулянта повышают общую нитрогеназную активность по сравнению с отдельными штаммами инокулянтов, даже если только один штамм является диазотрофным . ^[15]^[17]^[18]

PGPR и арбускулярной микоризы может быть полезна для увеличения роста пшеницы на бедной питательными веществами почве. Комбинация ^[19] и улучшение извлечения азота из удобренных почв. ^[20]

См. также

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б Васан, Йоав; Ольгин, Джина (1997). «Азоспириллы – взаимоотношения растений: экологические и физиологические достижения (1990–1996)». Канадский журнал микробиологии . 43 (2): 103–121. дои : 10.1139/m97-015 . S2CID 6840330 .
^ Салливан, Престон (2001). Альтернативные поправки к почве (PDF) (Отчет). Соответствующая передача технологий в сельских районах.
^ Чоу, Шанель; Падда, Киран Прит; Пури, Акшит; Чанвей, Крис П. (20 сентября 2022 г.). «Архаичный подход к современной проблеме: эндофитные археи для устойчивого сельского хозяйства» . Современная микробиология . 79 (11): 322. doi : 10.1007/s00284-022-03016-y . ISSN 1432-0991 . ПМИД 36125558 . S2CID 252376815 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Галал, ЮГМ, Эль-Гандур, И.А., Осман, М.Э. и Абдель Рауф, АМН (2003), Влияние инокуляции микоризой и ризобиями на рост и урожайность пшеницы в зависимости от азотных и фосфорных удобрений по оценке с помощью методов 15n, Симбиоз, 34(2), 171-183.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и Брэди, Найл К. (2010). Элементы природы и свойства почв . Вейл, Рэй Р. (Третье изд.). Река Аппер-Седл, Нью-Джерси, стр. 343–346. ISBN 9780135014332 . ОСЛК 276340542 . {{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
^ «Микориза | Веб-ресурсы Дэвида Сильвии» . сайты.psu.edu . Проверено 24 октября 2019 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б Чапин, Ф. Стюарт; Мэтсон, Памела А.; Витоусек, Питер М. (2011). Принципы экологии наземных экосистем . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Springer New York. стр. 243–244. дои : 10.1007/978-1-4419-9504-9 . ISBN 9781441995032 .
^ Адесемое, АО; Торберт, штат Ха; Клоппер, JW (ноябрь 2009 г.). «Ризобактерии, стимулирующие рост растений, позволяют снизить нормы внесения химических удобрений» . Микробная экология . 58 (4): 921–929. дои : 10.1007/s00248-009-9531-y . ISSN 0095-3628 . ПМИД 19466478 . S2CID 8789559 .
^ Хиррел, MC и Гердеманн, JW, 1980. Улучшение роста лука и болгарского перца в засоленных почвах с помощью двух везикулярно-арбускулярных микоризных грибов 1. Журнал Общества почвоведения Америки, 44 (3), стр. 654-655.
^ Ферраццано, С. и Уильямсон, П. (2013). Преимущества микоризной инокуляции при реинтродукции исчезающих видов растений в условиях засухи. Журнал засушливой среды, 98, стр. 123–125.
^ Фирмин С., Лабиди С., Фонтен Ж., Ларюэль Ф., Тиссеран Б., Нсанганвимана Ф., Пуррут Б., Дальпе Ю., Гранмуген А., Дуэ Ф., Ширали П., Вердин А. и Лунес-Хадж Сахрауи А. (2015). Инокуляция арбускулярной микоризы защищает Miscanthus×giganteus от токсичности микроэлементов в условиях сильного загрязнения металлами. Наука об окружающей среде, 527–528, стр. 91–99.
^ Колер Дж., Каравака Ф., Азкон Р., Диас Г. и Ролдан А. (2015). Комбинация добавления компоста и инокуляции арбускулярной микоризы оказала положительный и синергетический эффект на фитоменеджмент полузасушливого хвостохранилища шахты. Наука об окружающей среде, 514, стр. 42–48.
^ Дьедиу, А., Мбайе, Ф., Мбодж, Д., Фэй, М., Пиньоли, С., Ндойе, И., Джаман, К., Гэй, С., Кейн, А., Лаплаз, Л. , Манне Б. и Чемпион А. (2016). Полевые испытания выявили экотипическую реакцию риса на микоризную инокуляцию. ПЛОС ОДИН, 11(12), п.э0167014.
^ Лю, Л., Ли, Дж., Юэ, Ф., Ян, X., Ван, Ф., Блозиес, С. и Ван, Ю. (2018). Влияние инокуляции арбускулярной микоризы и внесения биоугля на рост кукурузы, поглощение кадмия и образование кадмия в почве, загрязненной Cd. Хемосфера, 194, стр. 495-503.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Белимов А.А., Кожемяков А.П., Чуварлиева К.В. (1995а) Взаимодействие ячменя со смешанными культурами азотфиксирующих и фосфатсолюбилизирующих бактерий. Растение и почва, 173, 29–37.
^ Кеннеди, Иван Р. (2001). «Биоудобрения в действии». Функциональная биология растений . 28 (9): 825. дои : 10.1071/pp01169 . ISSN 1445-4408 .
^ Хаммас, К.М.; Кайзер, П. (август 1992 г.). «Разложение пектина и связанная с ним фиксация азота смешанными культурами видов Azospirillum и Bacillus». Канадский журнал микробиологии . 38 (8): 794–797. дои : 10.1139/m92-129 . ISSN 0008-4166 . ПМИД 1458371 .
^ Каччари, Изабелла; Липпи, Даниэла; Ипполити, Сильвия; Пьетросанти, Тито; Пьетросанти, Уолтер (июль 1989 г.). «Реакция на кислород диазотрофной Azospirillum brasilense? Смешанная периодическая культура Arthrobacter giacomelloi». Архив микробиологии . 152 (2): 111–114. дои : 10.1007/bf00456086 . ISSN 0302-8933 . S2CID 10850392 .
^ Сингх, С. и Капур, К.К. (1999) Инокуляция фосфаторастворимыми микроорганизмами и везикулярно-арбускулярным микоризным грибом улучшает выход сухого вещества и поглощение питательных веществ пшеницей, выращиваемой 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 микоризой и ризобиями на рост и урожайность пшеницы в зависимости от азотных и фосфорных удобрений по оценке с помощью методов 15n. , Симбиоз, 34(2), 171-183.

Библиография

Башан Ю. и Ольгин Г. (1997), Взаимоотношения азоспирилл и растений: экологические и физиологические достижения (1990–1996), Канадский журнал микробиологии 43, 103–121.
Башан Ю., Ольгин Г. и Э., Д.-БЛ (2004) Взаимоотношения азоспирилл и растений: 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. (1995б) Связь между выживаемостью ассоциативных азотфиксаторов на корнях и Реакция растений на прививку. FEMS Микробиология Экология, 17, 187-196.
Кабальеро-Мелладо Дж., Каркано-Монтьель М.Г. и Маскаруа-Эспарса М.А. (1992), Полевая инокуляция пшеницы (triticum aestivum) азоспириллой бразильской в условиях умеренного климата, Симбиоз, 13, 243-253.
Гутьеррес Манеро, Ф.Дж. (2008)Защита от системных заболеваний, вызванная штаммами ризобактерий, способствующими росту растений: взаимосвязь между метаболическими реакциями, защитой от системных заболеваний и биотическими стимуляторами. Фитопатология, 98 (4), 451-457.
Хайтефусс, Р. (2001)Защитные реакции растений на грибковые патогены: принципы и перспективы, на примере мучнистой росы зерновых. Naturwissenschaften, 88, 273–283.
Хаммас К.М. и Кайзер П. (1992)Разложение пектина и связанная с ним фиксация азота смешанными культурами видов Azospirillum и Bacillus. Канадский журнал микробиологии, 38, 794–797.
Хаосаад, Т., Гарсия-Гарридо, Дж. М., Стейнкельнер, С. и Вирхейлиг, Х. (2007). В корнях микоризных растений ячменя систематически снижается общее заболевание. Биология почвы и биохимия, 39, 727–734.
Липпи Д., Каччари И., Пьетросанти Т. и Пьетросанти В. (1992) Взаимодействие между Azospirillum и Arthrobacter в диазотрофной смешанной культуре. Симбиоз, 13, 107–114.
Маварда, ПК, Ле Ру, X., ван Эльсас, Дж. Д. и Фалькао Саллес Дж. (2020) Преднамеренное внедрение невидимых захватчиков: критическая оценка воздействия микробных инокулянтов на почвенные микробные сообщества. Биология почвы и биохимия, 148, 107874.
Нгуен, Т.Х., Кеннеди, И.Р. и Раули, Р.Дж. (2002) Реакция выращенного в поле риса на инокуляцию биоудобрением из нескольких штаммов в районе Ханоя, Вьетнам. IN IR Кеннеди и ATMA Чоудхури (ред.) Биоудобрения в действии. Бартон, АКТ, Корпорация исследований и развития сельской промышленности.
Раби, Г.Х. и Альмадини, А.М. (2005)Роль биоинокулянтов в развитии солеустойчивости растений Vicia faba в условиях засоления. Африканский журнал биотехнологии, 4 (3), 210–222.
Рамос Солано, Р., Барриузо Майкас, Дж., Перейра Де Ла Иглесиа, МТ, Доменек, Дж. и
Салливан, П. (2001) Альтернативные поправки к почве. Передача соответствующих технологий в сельских районах, Национальный центр соответствующих технологий. https://web.archive.org/web/20081011174000/http://www.attra.ncat.org/attra-pub/PDF/altsoil.pdf
Уоллер Ф., Ахац Б., Балтрушат Х., Фодор Дж., Беккер К., Фишер М., Хейер Т., Хукельховен Р., Нейман К., Фон Веттштайн Д. , Франкен П. и Когель К.-Х. (2005) Эндофитный гриб Piriformis indica перепрограммирует ячмень, повышая его устойчивость к солевому стрессу, устойчивость к болезням и повышая урожайность. Труды Национальной академии наук, 102 (38), 13386-13391.

Внешние ссылки

http://www.satavic.org/biofertilisers.htm
https://web.archive.org/web/20080509170441/http://mycorriza.ag.utk.edu/ Литературный обмен по микоризе, науки о растениях, Университет Теннесси
http://www.soilfoodweb.com.au Институт почвенной пищевой сети Австралии
http://attra.ncat.org ATTRA – Национальная информационная служба устойчивого сельского хозяйства

[Bashan_1997-1] Перейти обратно: ^а ^б Васан, Йоав; Ольгин, Джина (1997). «Азоспириллы – взаимоотношения растений: экологические и физиологические достижения (1990–1996)». Канадский журнал микробиологии . 43 (2): 103–121. дои : 10.1139/m97-015 . S2CID 6840330 .

[2] Салливан, Престон (2001). Альтернативные поправки к почве (PDF) (Отчет). Соответствующая передача технологий в сельских районах.

[3] Чоу, Шанель; Падда, Киран Прит; Пури, Акшит; Чанвей, Крис П. (20 сентября 2022 г.). «Архаичный подход к современной проблеме: эндофитные археи для устойчивого сельского хозяйства» . Современная микробиология . 79 (11): 322. doi : 10.1007/s00284-022-03016-y . ISSN 1432-0991 . ПМИД 36125558 . S2CID 252376815 .

[Galal,_Y._G._M._2003-4] Перейти обратно: ^а ^б Галал, ЮГМ, Эль-Гандур, И.А., Осман, М.Э. и Абдель Рауф, АМН (2003), Влияние инокуляции микоризой и ризобиями на рост и урожайность пшеницы в зависимости от азотных и фосфорных удобрений по оценке с помощью методов 15n, Симбиоз, 34(2), 171-183.

[:02-5] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и Брэди, Найл К. (2010). Элементы природы и свойства почв . Вейл, Рэй Р. (Третье изд.). Река Аппер-Седл, Нью-Джерси, стр. 343–346. ISBN 9780135014332 . ОСЛК 276340542 . {{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )

[:1-6] «Микориза | Веб-ресурсы Дэвида Сильвии» . сайты.psu.edu . Проверено 24 октября 2019 г.

[Chapin_2011_243–244-7] Перейти обратно: ^а ^б Чапин, Ф. Стюарт; Мэтсон, Памела А.; Витоусек, Питер М. (2011). Принципы экологии наземных экосистем . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Springer New York. стр. 243–244. дои : 10.1007/978-1-4419-9504-9 . ISBN 9781441995032 .

[8] Адесемое, АО; Торберт, штат Ха; Клоппер, JW (ноябрь 2009 г.). «Ризобактерии, стимулирующие рост растений, позволяют снизить нормы внесения химических удобрений» . Микробная экология . 58 (4): 921–929. дои : 10.1007/s00248-009-9531-y . ISSN 0095-3628 . ПМИД 19466478 . S2CID 8789559 .

[9] Хиррел, MC и Гердеманн, JW, 1980. Улучшение роста лука и болгарского перца в засоленных почвах с помощью двух везикулярно-арбускулярных микоризных грибов 1. Журнал Общества почвоведения Америки, 44 (3), стр. 654-655.

[10] Ферраццано, С. и Уильямсон, П. (2013). Преимущества микоризной инокуляции при реинтродукции исчезающих видов растений в условиях засухи. Журнал засушливой среды, 98, стр. 123–125.

[11] Фирмин С., Лабиди С., Фонтен Ж., Ларюэль Ф., Тиссеран Б., Нсанганвимана Ф., Пуррут Б., Дальпе Ю., Гранмуген А., Дуэ Ф., Ширали П., Вердин А. и Лунес-Хадж Сахрауи А. (2015). Инокуляция арбускулярной микоризы защищает Miscanthus×giganteus от токсичности микроэлементов в условиях сильного загрязнения металлами. Наука об окружающей среде, 527–528, стр. 91–99.

[12] Колер Дж., Каравака Ф., Азкон Р., Диас Г. и Ролдан А. (2015). Комбинация добавления компоста и инокуляции арбускулярной микоризы оказала положительный и синергетический эффект на фитоменеджмент полузасушливого хвостохранилища шахты. Наука об окружающей среде, 514, стр. 42–48.

[13] Дьедиу, А., Мбайе, Ф., Мбодж, Д., Фэй, М., Пиньоли, С., Ндойе, И., Джаман, К., Гэй, С., Кейн, А., Лаплаз, Л. , Манне Б. и Чемпион А. (2016). Полевые испытания выявили экотипическую реакцию риса на микоризную инокуляцию. ПЛОС ОДИН, 11(12), п.э0167014.

[14] Лю, Л., Ли, Дж., Юэ, Ф., Ян, X., Ван, Ф., Блозиес, С. и Ван, Ю. (2018). Влияние инокуляции арбускулярной микоризы и внесения биоугля на рост кукурузы, поглощение кадмия и образование кадмия в почве, загрязненной Cd. Хемосфера, 194, стр. 495-503.

[:2-15] Перейти обратно: ^а ^б ^с Белимов А.А., Кожемяков А.П., Чуварлиева К.В. (1995а) Взаимодействие ячменя со смешанными культурами азотфиксирующих и фосфатсолюбилизирующих бактерий. Растение и почва, 173, 29–37.

[16] Кеннеди, Иван Р. (2001). «Биоудобрения в действии». Функциональная биология растений . 28 (9): 825. дои : 10.1071/pp01169 . ISSN 1445-4408 .

[17] Хаммас, К.М.; Кайзер, П. (август 1992 г.). «Разложение пектина и связанная с ним фиксация азота смешанными культурами видов Azospirillum и Bacillus». Канадский журнал микробиологии . 38 (8): 794–797. дои : 10.1139/m92-129 . ISSN 0008-4166 . ПМИД 1458371 .

[18] Каччари, Изабелла; Липпи, Даниэла; Ипполити, Сильвия; Пьетросанти, Тито; Пьетросанти, Уолтер (июль 1989 г.). «Реакция на кислород диазотрофной Azospirillum brasilense? Смешанная периодическая культура Arthrobacter giacomelloi». Архив микробиологии . 152 (2): 111–114. дои : 10.1007/bf00456086 . ISSN 0302-8933 . S2CID 10850392 .

[19] Сингх, С. и Капур, К.К. (1999) Инокуляция фосфаторастворимыми микроорганизмами и везикулярно-арбускулярным микоризным грибом улучшает выход сухого вещества и поглощение питательных веществ пшеницей, выращиваемой на песчаной почве. Биология и плодородие почв, 28, 139–144.

[20] Галал, YGM, Эль-Гандур, И.А., Осман, М.Э. и Абдель Рауф, AMN (2003), Влияние инокуляции микоризой и ризобиями на рост и урожайность пшеницы в зависимости от азотных и фосфорных удобрений по оценке с помощью методов 15n. , Симбиоз, 34(2), 171-183.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]