محرک های رشد میکروبی

به منظور حفظ حاصلخیزی خاک و کاهش تلفات تنوع زیستی خاک، نیاز روزافزون به یک سیستم تولیدی کشاورزی پایدارتر مورد نیاز است. محرک‌های زیستی میکروبی فناوری‌های نوآورانه‌ای هستند که می‌توانند عملکرد کشاورزی را با ارزش غذایی بالا تضمین کنند و بر اثرات منفی ناشی از تغییرات محیطی غلبه کنند.

طبق تعریف سازمان خواربار و کشاورزی(FAO)  حاصلخیزی خاک عبارت است از “توانایی خاک برای حفظ رشد گیاه با تامین مواد مغذی ضروری گیاه و ویژگی های شیمیایی، فیزیکی و بیولوژیکی مطلوب به عنوان زیستگاه برای رشد گیاهان”. در سال های اخیر، مشاهده شده است که خاکهای کشاورزی جهان به طور جدی تخریب شده است. به طور خاص، حدود 40 درصد از خاک های کشاورزی جهان و 24 درصد از مناطق تولیدی جهان در معرض از دست دادن باروری، ظرفیت تولید و تنوع زیستی قرار گرفته است. این پدیده ها عمدتاً ناشی از چندین عامل مختلف از جمله فرسایش آبی و بادی، شوری، از بین رفتن مواد آلی و آلودگی محیطی است.با توجه به رشد مداوم جمعیت جهانی، کاهش سطح زمین های زراعی و کاهش پتانسیل ژنتیکی محصولات، اجرای فناوری های نوین کشاورزی برای غلبه بر مشکل کمبود غذا ضروری است. راه‌حل‌های زراعی با اثرات زیست‌محیطی کم، با هدف بهبود انعطاف‌پذیری گیاه در برابر شرایط نامطلوب خاک، در تضمین تقاضای بالا برای مواد غذایی با ارزش‌های غذایی بالا ضروری هستند.

در چند سال گذشته، تحقیقات به شدت بر استفاده از اصول زراعی-اکولوژیکی برای به حداقل رساندن ورود مواد شیمیایی مضر بالقوه و مدیریت روابط اکولوژیکی و تنوع زیستی کشاورزی متمرکز شده است . آگرواکولوژی مبتنی بر حفاظت از تنوع زیستی، تقویت فرآیندهای بیولوژیکی، و حلقه زدن چرخه های بیوژئوشیمیایی است. یکی از اصول آگرواکولوژیکی، استفاده از محرک‌های زیستی است، محصولاتی که نه تنها می‌توانند مستقیماً روی گیاهان اثر بگذارند، بلکه از طریق انتخاب و تحریک میکروارگانیسم‌های مفید خاک، بهره‌وری را نیز حفظ می‌کنند.

محرک‌های زیستی گیاهی (Plant Biostimulants) نسل جدیدی از محصولات موجود در بازار هستند که برای دستیابی به سیاست‌های پایداری کشاورزی مفید هستند. آنها توسط مقررات اتحادیه اروپا( 2019/1009) به عنوان “محصولات تحریک کننده فرآیندهای تغذیه گیاه مستقل از محتوای مواد مغذی محصول با هدف تنها بهبود یک یا چند ویژگی خاک یا ریزوسفر گیاهی ازجمله کارایی مصرف مواد مغذی، تحمل به تنش غیر زنده، صفات کیفی، در دسترس بودن مواد مغذی محدود در خاک یا ریزوسفرتعریف شده اند.»

محرک های زیستی ها ممکن است از مواد یا مخلوط ها و میکروارگانیسم ها تشکیل شده باشند، بنابراین به  دو دسته محرک های زیستی گیاهی میکروبی یا غیر میکروبی طبقه بندی می شوند. یک محرک زیستی گیاهی میکروبی شامل یک میکروارگانیسم یا کنسرسیومی از میکروارگانیسم‌های فهرست شده در CMC-7  است که شامل چهار جنس مختلف است: Azotobacter spp.،  Mycorrhizal، Rhizobium spp، و Azospirillum spp می باشد.

میکروارگانیسم های تحریک کننده رشد گیاه چطور میتوانند به عنوان محرک رشد عمل کنند؟

برخی از موجودات، مانند AMFs یا PGPRs، ممکن است با اعمال یک عمل محرک زیستی بر مکانیسم های فیزیولوژیکی گیاه تأثیر بگذارند. ماهیت تعامل میکروارگانیسم-گیاه به طور کامل مشخص نیست اما تنها قطعیت این است که گیاهان توسط PGPM ها برای تضمین بقای خود مورد بهره برداری قرار می گیرند.

AMFها قارچ‌هایی متعلق به شاخه گلومرومیکوتا هستند که شامل سه کلاس مختلف (گلومرومیست‌ها، آرکئوسپورومیست‌ها و پاراگلومرومیست‌ها)، پنج راسته (Archaeosporales، Diversisporales، Gigasporales، Glomerales، و Paraglomerales)، 14 خانواده،  و بیش از 20 گونه است. در حال حاضر، گزارش شده است که بیش از 80 درصد گیاهان زمینی قادر به برقراری تعاملات سودمند با AMF ها هستند. با وجود این واقعیت که تعداد زیادی از گونه‌های AMF شناسایی شده‌اند، تنها تعداد معدودی از آنها در فعالیت‌های کشاورزی استفاده می‌شوند. بر این اساس،نمونه های تجاری موجود حاوی گونه‌هایی هستند که تقریباً به طور انحصاری متعلق به جنس‌های Rhizophagus و Funneliformis هستند که همزیست‌های عمومی هستند، تقریباً در همه خاک‌ها و در محدوده وسیعی از مناطق آب و هوایی وجود دارند.

از سوی دیگر، PGPR یک گروه بسیار ناهمگن از باکتری‌های اندوفیت است که شامل فیلا پروتئوباکتریا، فیرمیکوت‌ها، اکتینوباکتریا و باکتروئیدت‌ها می‌شود. در میان جنس های بی شمار، آئروموناس، آرتروباکتر، آزوسپیریلوم، آزوتوباکتر، باسیلوس، کلستریدیوم، انتروباکتر، گلوکوناستوباکتر، کلبسیلا، سودوموناس، ریزوبیوم و سراتیا بیشترین مطالعه را دارند که عمدتاً به دلیل انتشار گسترده آنهاست.

مکانیسم عمل آن ها که رشد گیاه را تحت تأثیر قرار می دهد را می توان به صورت زیر طبقه بندی کرد:

(i) تنظیم هورمونی

(ii) تعادل وضعیت اکسیداتیو سلول

(iii) بهره وری مصرف آب و بهبود پاسخ فیزیولوژیکی فتوسنتزی

(IV) بهبود کارایی مصرف مواد مغذی

در مقالات بعدی به تفصیل به بررسی این مکانیسم عمل ها می پردازیم.

refrences:

Castiglione, A. M., Mannino, G., Contartese, V., Bertea, C. M., & Ertani, A. (2021). Microbial biostimulants as response to modern agriculture needs: Composition, role and application of these innovative products. Plants, 10(8), 1533.