| CHARAKTERYSTYKA:
Nawóz stymuluje symbiotyczne działanie bakterii ryzosferycznych i mikoryzowych indukując wewnętrzną aktywację u rośliny mechanizmu samoobrony przed głównymi patogenami grzybowymi, takimi jak: mączniaki rzekome, mączniaki prawdziwe, szara pleśń, Alternaria, Stemphylium- plamistość liści, parch jabłoni, Anthracnosa, Puccinia-biała rdza chryzantemy, Cercospora-chwościk buraka oraz Czarna zgnilizna zawiązków i pędów Reakcją rośliny na mykoryzę jest zagęszczanie ściany komórkowej, wzrost wydłużeniowy korzeni, wytwarzanie kalusa i lignin, a także wytwarzanie pr- zeciwutleniaczy, takich jak fitoaleksyny i polifenole, które pomagają w endogennej obronie rośliny. |
| SPOSÓB WYKORZYSTANIA- ZASTOSOWANIE
Na wszystkie warzywa, kwiaty, rośliny ozdobne, drzewa i krzewy owocowe. Dawka: 500 ml / 100 litrów wody Częstotliwość: co 8-10 dni. Zabiegi należy powtarzać obserwując nasilenie chorób i potencjalne zagrożenie roślin. W przypadku intensywnego deszczu zabieg należy powtórzyć. ŚRODKI OSTROŻNOŚCI Nie mieszać z produktami siarkowymi lub miedziowymi. Przechowywać w suchym i chłodnym miejscu. Trzymać z dala od źródeł ciepła. Okres prewencji i karencji przed zbiorem: 0 (zero dni). |
Efekty stosowania mikoryzy na wzrost i zdrowotność roślin
Schemat pozytywnych efektów zasiedlenia korzeni przez grzyby mikoryzowe arbuskularne (AMF). Fioletowa sieć strzępek grzyba wychodzi poza strefę wyczerpania fosforu wokół korzenia (szara), zwiększając dostęp rośliny do fosforanów. Kolonizacja AM indukuje także odporność systemiczną rośliny, co poprawia tolerancję na stresy abiotyczne (np. suszę, zasolenie, metale ciężkie) oraz odporność na patogeny glebowe.
Wprowadzenie grzybów mikoryzowych do upraw przynosi szereg wymiernych korzyści zarówno dla roślin, jak i dla środowiska glebowego.
-
Lepszy wzrost roślin i plonowanie: Rośliny skolonizowane przez grzyby mikoryzowe zwykle rosną bujniej i osiągają wyższe plony niż rośliny pozbawione mikoryzy. Dzięki sprawniejszemu pobieraniu wody i minerałów oraz produkcji fitohormonów przez grzyby, poprawia się tempo wzrostu zarówno części podziemnych, jak i nadziemnych roślin. Badania potwierdzają, że mikoryza może zwiększyć plon wielu gatunków uprawnych – w warunkach polowych uzyskiwano zwyżki plonów rzędu 10–40% w zależności od gatunku i warunków uprawy. Na przykład zboża i kukurydza reagują bardzo pozytywnie: ich plon ziarna może wzrosnąć o 10–25%, zwłaszcza w latach suchych. Mikoryzowane rośliny często dają plony lepszej jakości: np. więcej kwiatów i owoców w przypadku roślin ozdobnych i sadowniczych a warzywa z upraw mikoryzowych miewają lepszy smak i dłuższą trwałość pozbiorczą. W doświadczeniach wykazano również zwiększenie udziału plonu handlowego – np. w uprawie papryki więcej owoców spełniało standardy jakości handlowej dzięki zastosowaniu szczepionki mikoryzowej.
-
Zwiększone pobieranie składników pokarmowych: Mikoryza znacząco poprawia odżywienie roślin, zwłaszcza w warunkach niedoborów fosforu i mikroskładników. Strzępki grzyba penetrują glebę dalej i efektywniej niż same korzenie, dostarczając roślinie trudno dostępne związki mineralne. Fosfor (P) jest pierwiastkiem szczególnie korzystającym na mikoryzie – grzyby wydzielają enzymy fosfatazowe i organiczne kwasy rozpuszczające związany w glebie fosfor i udostępniają go korzeniom. Szacuje się, że dzięki symbiozie mikoryzowej roślina może pobrać z gleby nawet kilkanaście razy więcej fosforanów niż bez mikoryzy. Ma to ogromne znaczenie zwłaszcza na glebach o niskiej zasobności w fosfor lub przy ograniczonym nawożeniu fosforowym. Poprawia się także pobieranie mikroelementów takich jak cynk, miedź, mangan czy żelazo – grzybnia potrafi chelatować te pierwiastki i transportować je do rośliny. W efekcie tkanki roślin mikoryzowanych często zawierają więcej kluczowych składników odżywczych. Przykładowo, w doświadczeniu z papryką stwierdzono nieco wyższą zawartość fosforu, potasu i cynku w owocach roślin zaszczepionych mikoryzą (szczególnie gdy inokulacja nastąpiła we wczesnej fazie rozsady). Poprawa zaopatrzenia w minerały przekłada się na intensywniejszą fotosyntezę i produkcję biomasy.
-
Większa odporność na stres abiotyczny i choroby: Rośliny z rozwiniętą mikoryzą wykazują wyższą tolerancję na niekorzystne warunki środowiskowe. Gęsta sieć strzępek zwiększa możliwości pobierania i magazynowania wody, dzięki czemu rośliny lepiej znoszą okresy suszy. Jednocześnie mikoryza pomaga roślinom przetrwać w glebach zasolonych – grzyby mogą ograniczać pobieranie nadmiaru soli i chronić korzenie przed toksycznym działaniem jonów. Symbioza z grzybami poprawia też odporność roślin na skrajne temperatury, nieodpowiednie pH podłoża oraz obecność toksyn i metali ciężkich w glebie. Równie istotny jest wpływ mikoryzy na zdrowotność roślin – ochrona przed patogenami. Mikoryzowane rośliny rzadziej chorują na infekcje odglebowe, ponieważ grzyby symbiotyczne konkurują z patogenami o przestrzeń i składniki, a także indukują w roślinie mechanizmy odporności (tzw. odporność systemicznie nabyta, SAR). W rezultacie obserwuje się mniejszą podatność korzeni na choroby grzybowe (np. fuzariozy, fytoftorozę) i nawet ograniczenie szkód powodowanych przez niektóre szkodniki glebowe (np. nicienie)l. Grzyby mikoryzowe wydzielają również substancje o działaniu antybiotycznym, hamujące rozwój mikroorganizmów chorobotwórczych w ryzosferze. Co ważne, poprawa odporności nie zawsze jest od razu widoczna – często mikoryza „uzbraja” roślinę, która pod wpływem stresu reaguje skuteczniej niż roślina bez symbiozy. Przykładowo, zaszczepione mikoryzą sadzonki lepiej przetrwały niekorzystny sezon i dały plon zgodny z oczekiwaniami mimo suszy i chorób, podczas gdy rośliny kontrolne plonowały znacznie słabiej.
-
Poprawa struktury i żyzności gleby: Grzyby mikoryzowe wpływają korzystnie nie tylko na samą roślinę, ale i na glebę. Strzępki grzybów wydzielają unikalną glikoproteinę zwaną glomaliną, która działa jak naturalny klej łączący cząsteczki gleby w trwałe agregaty. Dzięki temu gleba z udziałem mikoryzy zyskuje lepszą strukturę – wzrasta jej pojemność wodna (zdolność zatrzymywania wody) oraz poprawia się napowietrzenie. Drobne agregaty stabilizowane glomaliną są mniej podatne na erozję i tworzą gruzełkowatą strukturę sprzyjającą wzrostowi korzeni. W dłuższej perspektywie mikoryza przyczynia się do zwiększenia zawartości materii organicznej w glebie, ponieważ część strzępek obumierając dostarcza próchnicy, a lepiej odżywione rośliny produkują więcej resztek organicznych. Dodatkowo, bogata sieć grzybni stanowi siedlisko dla pożytecznych mikroorganizmów glebowych – obserwuje się większą różnorodność i liczebność mikrobioty glebowej w otoczeniu korzeni z mikoryzą. Wszystkie te czynniki przekładają się na ogólną poprawę żyzności gleby i jej zdolności do utrzymania produkcyjności w systemach uprawnych.
-
Oszczędność nawozów i wody: Korzyści wynikające ze stosowania mikoryzy mają również wymiar ekonomiczny i środowiskowy. Lepsze wykorzystanie składników pokarmowych z gleby oznacza, że można ograniczyć dawki nawozów sztucznych bez pogorszenia plonów – rośliny mikoryzowe potrzebują mniej dodanego fosforu czy azotu, gdyż efektywniej korzystają z zasobów glebowych. W praktyce rolniczej odnotowano, że dzięki zastosowaniu szczepionek mikoryzowych udaje się zmniejszyć nawożenie fosforowe, zachowując plon na zbliżonym poziomie, co podnosi efektywność wykorzystania nawozów fosforowych i obniża ich straty do środowiska. Dodatkowo, mikoryza pozwala oszczędzać wodę – rośliny lepiej zaopatrzone w wodę są bardziej odporne na okresowe niedobory, co zmniejsza konieczność częstego nawadniania. Badania wskazują, że dzięki mikoryzie można ograniczyć zużycie wody do podlewania upraw oraz poprawić ich kondycję w czasie suszy. Sumarycznie, mikoryza wpisuje się w ideę rolnictwa zrównoważonego: wyższe plony przy mniejszym nakładzie nawozów mineralnych i chemicznych środków ochrony roślin.
Zastosowanie bakterii Bacillus licheniformis
Bacillus licheniformis jako biofertylizator (nawóz biologiczny)
Szczepy B. licheniformis wspomagają żyzność gleby i odżywienie roślin, działając jako biofertylizatory. Wydzielają one enzymy i kwasy organiczne rozpuszczające trudno dostępne związki mineralne (np. fosforany), uwalniając składniki pokarmowe do roztworu glebowego
Bacillus licheniformis jako środek biokontroli (biopestycyd)
Drugą ważną funkcją B. licheniformis jest ochrona roślin przed chorobami poprzez biokontrolę patogenów. Bakteria ta wytwarza bogaty zestaw metabolitów antydrobnoustrojowych – m.in. antybiotyki peptydowe i lotne związki organiczne – które hamują wzrost grzybów i bakterii fitopatogenicznych. Produkuje również enzymy hydrolityczne (np. chitynazy, glukanazy) rozkładające ściany komórkowe patogenów. B. licheniformis zasiedlając ryzosferę skutecznie konkuruje z patogenami o przestrzeń i składniki pokarmowe, ograniczając ich możliwości kolonizacji korzeni.Dodatkowo stymuluje ona naturalne mechanizmy obronne roślin – indukuje tzw. systemiczną odporność nabytą (ISR) – przez co roślina jest przygotowana do obrony przed infekcją.
Bacillus licheniformis jako promotor wzrostu roślin (PGPR)
B. licheniformis zaliczany jest do pożytecznych rizobakterii stymulujących wzrost roślin (PGPR). Działa on bezpośrednio na rośliny poprzez wytwarzanie fitohormonów stymulujących wzrost: udokumentowano produkcję auksyn (np. kwasu indolilo-3-octowego, IAA), giberelin oraz cytokinin przez szczepy
Wpływ Bacillus licheniformis na strukturę i zdrowie gleby
Stosowanie B. licheniformis w rolnictwie przynosi korzyści nie tylko samym roślinom, ale także poprawia kondycję gleby – jej strukturę, żyzność i mikrobiom. Bakteria ta działa jak probiotyk glebowy, równoważąc skład mikroflory w strefie korzeniowej. Dzięki produkcji substancji antypatogenicznych B. licheniformis ogranicza rozwój chorobotwórczych mikroorganizmów glebowych, co zmniejsza presję chorób odglebowych i sprzyja pożytecznym bakteriom i grzybom konkurującym z patogenam. Ponadto B. licheniformis wykorzystuje resztki organiczne jako źródło energii – przyspiesza ich rozkład na prostsze związki, które mogą być dalej mineralizowane przez mikroorganizmy, zwiększając tym samym zawartość próchnicy i dostępność składników pokarmowych w glebie. Wytwarzane przez B. licheniformis polisacharydy i biofilmy poprawiają strukturę gleby poprzez zlepianie cząstek w większe agregaty, co przekłada się na lepszą przepuszczalność powietrza i wody oraz retencję wilgoci. Efektem jest bardziej pulchna (próchniczna) gleba o stabilnej strukturze gruzełkowatej, mniej podatna na erozję i zaskorupianie. W efekcie długotrwałe stosowanie preparatów Bacillus sprzyja utrzymaniu żyzności gleby i zapobiega wyjałowieniu ekosystemu glebowego, wspierając zasady rolnictwa zrównoważonego.
Przykłady zastosowań B. licheniformis w różnych uprawach
Bacillus licheniformis znajduje zastosowanie w rozmaitych typach upraw – od zbóż, przez warzywa, po drzewa owocowe i inne rośliny o znaczeniu ekonomicznym.
-
Zboża: W doświadczeniach na kukurydzy zanotowano wzrost biomasy o >15% oraz istotne polepszenie efektywności wykorzystania wody (WUE) po zaszczepieniu nasion B. licheniformis. W konsekwencji rośliny lepiej znoszą okresowe niedobory opadów i dają wyższy plon w porównaniu z kontrolą.
-
Warzywa: B. licheniformis sprawdza się przy ochronie i biostymulacji warzyw zarówno w polu, jak i pod osłonami. W uprawie pomidora odnotowano, że zaprawianie nasion lub podlewanie rozsady preparatem zawierającym B. licheniformis ogranicza występowanie więdnięcia fuzaryjnego o 30–50% oraz zwiększa plon owoców o ok. 15–20%. Równocześnie rośliny pomidora traktowane Bacillus rozwijają bardziej rozbudowany system korzeniowy i masę części nadziemnych. W warzywach liściowych (sałata, kapusta, szpinak) stosowanie B. licheniformis w postaci oprysku lub podlewania przyspiesza wzrost liści, zwiększa zawartość chlorofilu i ogranicza choroby odglebowe (np. zgnilizny podstawy łodygi, mączniaki) – przekładając się na dłuższy okres zbioru i mniejsze żółknięcie liści. W przypadku warzyw korzeniowych i bulwiastych (marchew, ziemniak, batat) zaobserwowano redukcję szkód powodowanych przez patogeny glebowe, np. B. licheniformis zmniejsza nasilenie guzowatości korzeni (nicienie Meloidogyne) oraz ogranicza zgnilizny korzeni i bulw. Dodatkowo stymulacja przez bakterie sprzyja lepszemu wykształceniu plonu podziemnego – np. wyższej zawartości skrobi w bulwach ziemniaka.
-
Owoce (sady i jagodniki): B. licheniformis jest również wykorzystywany w ochronie i biostymulacji drzew oraz krzewów owocowych. Wspomniane badania na jujubie (głożynie pospolitej) wykazały, że oprysk szczepem B. licheniformis PR2 znacząco ograniczył główne choroby przechowalnicze owoców (szarą pleśń, antraknozę, fitoftorozę). W sadach jabłoni, gruszy czy brzoskwini biopreparaty z B. licheniformis zaleca się aplikować w okresie kwitnienia i zawiązywania owoców – stwierdzono, że może to zwiększać odsetek zawiązanych owoców oraz zmniejszać opadanie zawiązków, co sumarycznie podnosi plon handlowy’. Doglebowe nawadnianie Bacillus przy drzewkach owocowych pomaga również zwalczać choroby gleby, takie jak guzowatość korzeni (Agrobacterium, tzw. rak korzeni) i zgnilizny podstawy pnia, oraz łagodzić tzw. zmęczenie gleby przy nasadzeniach po starych sadach. W uprawach truskawek i innych jagodowych (borówka, winorośl) odnotowano, że B. licheniformis może ograniczać występowanie szarej pleśni i mączniaka prawdziwego – zabiegi w okresie kwitnienia zmniejszają porażenie kwiatów i młodych owoców tymi patogenami.
Tabela: Podsumowanie zastosowań B. licheniformis i mechanizmów działania
| Rola B. licheniformis | Mechanizmy działania | Przykładowe efekty w uprawach |
|---|---|---|
| Biofertylizator (nawóz bio) | – Solubilizacja fosforu i innych minerałów (wydzielanie kwasów organicznych) – Asymilacja azotu atmosferycznego (niektóre szczepy) – Produkcja sideroforów ułatwiających pobór mikroelementów – Rozkład materii organicznej, uwalnianie składników pokarmowych – Sekrecja polisacharydów poprawiających strukturę gleby |
– Zwiększona dostępność P, N, Fe w strefie korzeniowej (lepsze odżywienie roślin) – Wyższa zawartość próchnicy i lepsza struktura gleby (agregacja cząstek) – Poprawa plonowania dzięki efektywniejszemu pobieraniu składników (np. fosforu) |
| Biokontrola (biopestycyd) | – Produkcja metabolitów przeciwmikrobowych (antybiotyki peptydowe, VOC) hamujących patogeny – Wydzielanie enzymów litycznych (chitynazy, glukanazy) degradujących ściany patogenów – Konkurencja o niszę (składniki i miejsce na korzeniu) wypierająca patogeny – Indukcja odporności systemicznej roślin (ISR) – przygotowanie roślin do obrony |
– Ograniczenie chorób grzybowych i bakteryjnych (np. B. licheniformis hamuje Bipolaris o 81% i zmniejsza brunatną plamistość ) |
| Promotor wzrostu (PGPR) | – Synteza fitohormonów stymulujących wzrost: auksyny (IAA), gibereliny, cytokininy – Enzym ACC-deaminaza obniżający poziom etylenu (łagodzenie stresu roślin) – Produkcja sideroforów zwiększająca dostępność żelaza i innych mikroelementów – Zwiększanie objętości i rozwoju systemu korzeniowego (lepszy pobór wody i składników) – Emisja lotnych związków organicznych (VOC) stymulujących wzrost tkanek roślinnych |
– Szybszy wzrost i większa biomasa roślin (np. +15% suchej masy kukurydzy przy inokulacji B. licheniformis) – Poprawa tolerancji stresów (np. susza – B. licheniformis zwiększył WUE kukurydzy o 46%, rośliny dłużej zachowały turgor) – Obfitszy i głębszy system korzeniowy (np. pomidor – dłuższe korzenie, więcej korzeni włośnikowych = lepsze wykorzystanie wody/nawozów) |
| Zdrowie i struktura gleby | – Rozkład resztek i toksyn w glebie (biodegradacja, bioremediacja) – Wydzielanie egzopolisacharydów i biofilmów poprawiających agregację gleby – Stymulacja pożytecznej mikroflory glebowej, konkurencja z patogenami w glebie – Wiązanie azotu oraz solubilizacja trudno dostępnych pierwiastków w glebie (wzbogacanie gleby w NPK) |
Właściwości biologiczne Bacillus psychrodurans
-
Przetrwalniki pozwalają bakteriom przeczekać niesprzyjające warunki i ponownie się uaktywnić, gdy środowisko stanie się korzystniejsze (np. po wysianiu nasion lub ociepleniu gleby).
-
Psychrotolerancja (odporność na zimno): Cechą wyróżniającą jest zdolność wzrostu w niskich temperaturach. Według badań szczepy te potrafią rozwijać się w zakresie od ok. -2°C do 30°C. Optymalny rozwój następuje w umiarkowanych temperaturach, ale nawet blisko 0°C B. psychrodurans potrafi utrzymywać aktywność metaboliczną. Dla porównania, wiele standardowych (mezofilnych) bakterii glebowych wymaga >15°C do aktywnego wzrostu. Zdolności adaptacji do zimna wynikają m.in. z wytwarzania specjalnych białek chroniących komórki w niskiej temperaturze oraz bardziej płynnych błon komórkowych bogatych w nienasycone kwasy tłuszczowe.
-
Inne cechy: Ściana komórkowa B. psychrodurans zawiera ornitynę – nietypowy aminokwas, co stanowi cechę taksonomiczną odróżniającą ten gatunek. Bakteria wykazuje także umiarkowaną tolerancję na zasolenie (w testach wzrost następował nawet przy 3–5% NaCl) oraz w szerokim zakresie pH (neutralne do lekko zasadowego). Te cechy umożliwiają przeżycie w zróżnicowanych glebach i środowiskach.
Mechanizmy działania w glebie i ryzosferze
W ryzosferze (strefie korzeniowej) Bacillus psychrodurans funkcjonuje jako pożyteczna bakteria ryzobakteryjna, aktywnie współdziałając z rośliną i otoczeniem glebowym. Do głównych mechanizmów jej działania należą:
-
Kolonizacja korzeni: B. psychrodurans zasiedla powierzchnię korzeni i okolice systemu korzeniowego, korzystając z węglowodanów i innych związków wydzielanych przez roślinę. Może tworzyć biofilm na korzeniach, co sprzyja trwałej kolonizacji i chroni strefę korzeniową przed patogenami. Dzięki endosporom bakteria ta potrafi przetrwać okresy bez rośliny żywicielskiej (np. zimę lub okresy braku wegetacji), a następnie szybko się uaktywnić po zasiewie.
-
Solubilizacja i mobilizacja składników odżywczych: W glebie bakteria rozpuszcza trudno dostępne związki mineralne, uwalniając składniki odżywcze. Przykładowo, potrafi rozkładać mineralne fosforany i udostępniać fosfor roślinom. Genom szczepu B. psychrodurans wykazuje obecność genów związanych z pozyskiwaniem fosforu z różnych źródeł. Podobnie mikroorganizm ten może uczestniczyć w uwalnianiu innych pierwiastków (np. potasu, żelaza) poprzez wydzielanie kwasów organicznych i enzymów glebowych.
-
Produkcja fitohormonów i stymulacja wzrostu: B. psychrodurans zaliczana jest do bakterii promujących wzrost roślin (PGPR). Wytwarza ona fitohormony, takie jak kwas indolil-3-octowy (IAA), które stymulują podziały komórkowe i wydłużanie korzeni. Efektem jest bujniejszy system korzeniowy, lepsze pobieranie wody i składników mineralnych oraz ogólne przyspieszenie wzrostu siewek. Ponadto niektóre szczepy mogą produkować enzym ACC-deaminazę, która obniża poziom etylenu w roślinach poddanych stresowi, co zapobiega zahamowaniu wzrostu siewek w niekorzystnych warunkach (np. podtopienie, zasolenie).
-
Sekwestracja żelaza (siderofory): B. psychrodurans wytwarza siderofory – związki chelatujące żelazo. Siderofory te wiążą żelazo w ryzosferze, czyniąc go bardziej dostępnym dla roślin, a jednocześnie ograniczają dostępność tego pierwiastka dla patogenów glebowych w otoczeniu korzenia. W ten sposób bakteria wspomaga odżywienie roślin (żelazo jest kluczowe m.in. dla fotosyntezy), ale też pośrednio hamuje rozwój mikroorganizmów chorobotwórczych konkurujących o żelazo.
-
Antagonizm wobec patogenów: W ryzosferze B. psychrodurans działa ochronnie – wydziela metabolity hamujące wzrost patogenów glebowych. Badania wykazały, że szczepy zbliżone do B. psychrodurans potrafią zahamować in vitro wzrost szeregu bakterii chorobotwórczych (np. E. coli O157, Salmonella, Listeria monocytogenes, S. aureus) – strefy zahamowania wzrostu patogenów miały średnicę 9–21 mm. Oznacza to, że B. psychrodurans wytwarza substancje o działaniu antybiotycznym lub litycznym. Przypuszcza się, że mogą to być peptydy przeciwbakteryjne, enzymy degradujące ściany komórkowe (np. chitynazy, glukanazy) oraz inne związki przeciwdrobnoustrojowe typowe dla rodzaju Bacillus. Co ważne, bakterie te nie są patogenne dla roślin, a wręcz przeciwnie – ich obecność aktywuje naturalne mechanizmy obronne gospodarza.
Powyższe mechanizmy sprawiają, że B. psychrodurans pełni w glebie wielofunkcyjną rolę: jednocześnie użyźnia podłoże, stymuluje rozwój roślin oraz chroni je przed chorobami. Poniżej przedstawiono te funkcje bardziej szczegółowo.
Bacillus psychrodurans jako biofertylizator (naturalny nawóz)
B. psychrodurans wspomaga żyzność gleby i odżywienie roślin, działając jako biofertylizator:
-
Rozpuszczanie fosforanów: Jedną z najważniejszych ról jest udostępnianie fosforu. Bakteria produkuje kwasy organiczne i fosfatazy, które rozkładają trudno rozpuszczalne fosforany w glebie (np. fosforany wapnia, żelaza). Dzięki temu fosfor zostaje przekształcony w formy przyswajalne dla korzeni. Sekwencjonowanie genomu szczepu Psychrobacillus sp. INOP01 (blisko spokrewnionego z B. psychrodurans) potwierdziło obecność licznych genów odpowiedzialnych za metabolizm i solubilizację fosforu. W praktyce zastosowanie tych bakterii może zwiększać zawartość dostępnego fosforu w strefie korzeniowej, co przekłada się na lepszy wzrost i plonowanie roślin szczególnie na glebach ubogich w ten pierwiastek.
-
Mobilizacja innych składników: Oprócz fosforu B. psychrodurans może uczestniczyć w uwalnianiu innych makro- i mikroelementów. Przykładowo, znane są psychrotolerancyjne Bacillus zdolne do rozpuszczania związków potasu czy krzemu w glebiejabonline.in. Ponadto, poprzez produkcję ureazy i innych enzymów, bakterie te przyspieszają rozkład materii organicznej, uwalniając azot w formie amonowej i inne składniki pokarmowe. Choć B. psychrodurans nie jest typową bakterią wiążącą azot atmosferyczny, jej obecność może pośrednio zwiększać dostępność azotu przez stymulację życia glebowego i mineralizację resztek organicznych.
-
Wpływ na pobieranie składników: Poprawa ukorzenienia roślin (omówiona poniżej) w połączeniu z aktywnością bakterii w glebie skutkuje efektywniejszym pobieraniem wody i jonów mineralnych. Rośliny rosnące w obecności B. psychrodurans często wykazują wyższe stężenia kluczowych pierwiastków w tkankach oraz lepszą kondycję na glebach słabszych lub przy obniżonych dawkach nawozów. Dzięki temu bakteria ta postrzegana jest jako element rolnictwa zrównoważonego – pomaga ograniczyć nawożenie mineralne, utrzymując jednocześnie wysoką urodzajność gleby.
Bacillus psychrodurans jako biostymulator wzrostu roślin
Poza dostarczaniem składników odżywczych B. psychrodurans aktywnie stymuluje rozwój roślin i zwiększa ich tolerancję na stresy abiotyczne:
-
Produkcja auksyn (IAA): B. psychrodurans wytwarza fitohormon – kwas indolilo-3-octowy (IAA), należący do auksyn. IAA stymuluje wydłużanie komórek korzenia oraz inicjację włośników i bocznych odgałęzień korzeni. Skutkiem jest bardziej rozbudowany system korzeniowy. Badania wskazują, że inokulacja nasion bakteriami PGPR wytwarzającymi IAA przyspiesza kiełkowanie i wigor siewek, a także zwiększa biomasę korzeni oraz powierzchnię chłonną systemu korzeniowego. W jednym z doświadczeń aplikacja zaszczepu Bacillus (blisko spokrewnionego z B. psychrodurans) do nasion spowodowała wyraźne zwiększenie długości korzeni i masy systemu korzeniowego u młodych roślin w porównaniu z kontrolą bez bakterii.
-
Indukcja odporności systemicznej (ISR): Obecność B. psychrodurans w ryzosferze może uaktywniać system odpornościowy roślin na sposób szczepionki. Bakteria działa jak łagodny stresor – jej fragmenty komórkowe i metabolity stymulują roślinę do produkcji fitoaleksyn, polifenoli i innych związków obronnych. W odpowiedzi na kolonizację korzeni następuje m.in. pogrubienie ścian komórkowych, lignifikacja tkanek oraz wzrost aktywności enzymów antyoksydacyjnych w roślinie. Te zmiany przygotowują roślinę na ewentualny atak patogenów lub niesprzyjające warunki środowiska. Przykładowo, w badaniach nad biopreparatem zawierającym B. psychrodurans zaobserwowano wzmożoną odporność drzew owocowych na choroby grzybowe – drzewa traktowane preparatem rzadziej zapadały na mączniaka, alternariozę czy szarą pleśń, co przypisano właśnie indukcji mechanizmów obronnych przez mikroorganizmy.
-
Poprawa odporności na stres abiotyczny: B. psychrodurans pomaga roślinom radzić sobie z niekorzystnymi warunkami środowiska. Dzięki regulacji hormonów stresu (np. obniżenie poziomu etylenu przez ACC-deaminazę) oraz poprawie odżywienia, rośliny zasiedlone przez tę bakterię lepiej znoszą stresy niskiej temperatury, nadmiernej wilgoci czy zasolenia. Przykładowo, zastosowanie zapraw nasiennych z B. psychrodurans umożliwia siew w chłodniejszą i wilgotniejszą glebę – bakterie chronią kiełkujące siewki przed gniciem i wspomagają ich początkowy wzrost nawet w suboptymalnych warunkach. W efekcie obserwuje się szybszy start wegetacji i wyższy odsetek wschodów zdrowych roślin.
-
Zwiększenie biomasy i plonotwórczości: Sumaryczny efekt działania biostymulującego przekłada się na bujniejszy wzrost części nadziemnej. Rośliny traktowane B. psychrodurans często osiągają większą wysokość, mają więcej pędów czy liści. W doświadczeniach z bawełną zanotowano istotny przyrost wysokości i masy roślin inokulowanych Bacillus w porównaniu z kontrolą – np. na glebie czarnej wysokość siewek wzrosła z ~22 cm (kontrola) do ~33 cm po zaszczepieniu bakteriami.a świeża biomasa roślin prawie się podwoiła. Tego rodzaju różnice obrazują, jak silnym stymulatorem wzrostu mogą być pożyteczne bakterie glebowe.
Bacillus psychrodurans jako biokontrola patogenów
B. psychrodurans wykazuje potencjał jako biologiczny środek ochrony roślin – zwalcza lub ogranicza rozwój szeregu patogenów poprzez kombinację mechanizmów bezpośrednich i pośrednich:
-
Wydzielanie metabolitów przeciwdrobnoustrojowych: Szczep ten produkuje związki hamujące wzrost grzybów i bakterii chorobotwórczych.
-
Enzymatyczny rozkład struktur patogenów: B. psychrodurans może wydzielać enzymy hydrolityczne, które atakują struktury komórkowe patogenów roślin. P
-
Konkurencja o niszę i pokarm: Jak już wspomniano, B. psychrodurans skutecznie konkuruje z mikroorganizmami chorobotwórczymi o przestrzeń na korzeniu oraz o składniki odżywcze (np. żelazo poprzez siderofory). Intensywna kolonizacja ryzosfery przez pożyteczne bacille utrudnia patogenom zasiedlenie tej strefy (efekt wyparcia konkurencyjnego). Ponadto bakterie te mogą tworzyć ochronną warstwę biofilmu na powierzchni korzeni i nawet nadziemnych organów (gdy stosowane jako oprysk), co fizycznie blokuje przyleganie zarodników grzybów czy bakterii patogenicznych do tkanek gospodarza. Na przykład oprysk kwitnących drzew preparatem z B. psychrodurans powoduje utworzenie na kwiatach biofilmu, przez który zarodniki patogenów (np. sprawców moniliozy czy parcha) nie mogą przeniknąć – chroni to formujące się owoce przed infekcją.
-
Stymulacja odporności roślin (biokontrola pośrednia): Działanie indukujące odporność, omówione wcześniej, ma kluczowe znaczenie w biokontroli. Roślina „uprzedzona” przez obecność B. psychrodurans reaguje szybciej i silniej na kontakt z patogenem – uruchamia reakcje obronne zanim choroba zdąży się rozwinąć. W efekcie infekcja jest ograniczana lub całkowicie powstrzymywana we wczesnym stadium. Przykładowo, w warunkach polowych stwierdzono, że rośliny traktowane biopreparatem zawierającym B. psychrodurans wykazywały znacznie mniejszą intensywność porażenia przez patogeny grzybowe (mączniaki, rdze, szarą pleśń itp.), co przejawiało się zdrowszymi liśćmi i wyższym plonem handlowym owoców.
Należy podkreślić, że B. psychrodurans nie zastępuje całkowicie fungicydów czy insektycydów w ochronie roślin, ale może znacząco zredukować presję chorób, zwłaszcza glebowych.
Odporność Bacillus psychrodurans na czynniki środowiskowe
Bacillus psychrodurans wyróżnia się wysoką odpornością na trudne warunki środowiska, co czyni go szczególnie atrakcyjnym w zastosowaniach rolniczych:
-
Tolerancja zimna: Jak wskazuje sama nazwa gatunkowa (psychrodurans = „odporny na zimno”), bakteria ta dobrze znosi niskie temperatury. W praktyce oznacza to, że pozostaje aktywna w chłodnych glebach wczesną wiosną oraz w regionach o klimacie chłodniejszym (góry, strefy umiarkowane chłodne), gdzie wiele pożytecznych drobnoustrojów glebowych jest jeszcze uśpionych. Zdolność do działania w temp. <10°C wyróżnia ją na tle typowych preparatów bakteryjnych opartych na bakteriach mezofilnych. Dzięki temu zaprawy nasienne z B. psychrodurans mogą zabezpieczać nasiona i stymulować ich kiełkowanie nawet przy chłodnej pogodzie, a glebowe biofertylizatory z tym szczepem działają już od wczesnej wiosny, wydłużając efektywnie sezon wegetacyjny.
-
Odporność na wysychanie i promieniowanie: Endospory B. psychrodurans są wyjątkowo odporne na wysuszanie – wytrzymują brak wilgoci przez długi czas, co pozwala bakteriom przeczekać susze lub mroźną zimę w stanie uśpienia. Przetrwalniki wykazują też odporność na promieniowanie UV i jonizujące, dzięki czemu bakterie te przeżywają na odsłoniętych powierzchniach gleby oraz podczas przemysłowego suszenia preparatów (liofilizacja).
-
Zakres pH i tolerancja chemiczna: B. psychrodurans toleruje względnie szeroki zakres odczynu gleby – od lekko kwaśnego po alkaliczny (w oryginalnej charakterystyce podawano wzrost w zakresie ~pH 6–9). Ponadto, jako bakteria glebowa, jest niewrażliwa na umiarkowane stężenia związków toksycznych i metali ciężkich częściej występujących w środowisku (literatura opisuje zdolności pewnych psychrotolerancyjnych Bacillus do wiązania lub detoksykacji metali, co może być przedmiotem dalszych badań). B. psychrodurans radzi sobie także w glebie zasolonej – testy wykazały wzrost przy stężeniu NaCl rzędu kilka procent. a więc np. na glebach słonych lub po zastosowaniu niektórych nawozów mineralnych.
