AUGALINIAI BIOSTIMULIATORIAI

AUGALINIAI BIOSTIMULIATORIAI

Per pastarąjį šimtmetį greitą žemės ūkio intensyvėjimą lėmė mineralinės trąšos, kurios gaminamos iš neatsinaujinančių šaltinių. Nors tai ženkliai padidino pasėlių derlių, tačiau nesubalansuotas ir neadekvatus jų naudojimas sukėlė nemažai ekologinių problemų tokių, kaip dirvožemio degradacija, gruntinių ir paviršinių vandenų tarša, biologinės įvairovės nykimas ir trąšų gamybos pramoninė tarša. Be to, plačiai pripažįstama, kad žemės ūkio veiklos didėjimas dar labiau sustiprins neigiamą pasaulinės klimato kaitos poveikį, dėl kurio atsiras daugiau netikrumo. Todėl dabartinė tradicinė žemdirbystė turi būti peržiūrėta, nes dabartiniai žemės ūkio vystymosi modeliai nėra socialiai ir ekologiškai tvarūs (Canellas et al., 2015).

Naujas iššūkis yra sukurti maisto gamybos sistemas, grindžiamas alternatyviomis intensyvinimo strategijomis, kurios skatina maistinių medžiagų naudojimo efektyvumą, gali sumažinti ligų ir kenkėjų kontrolės poreikį, didinti vandens vartojimo efektyvumą ir išsaugoti bei atstatyti dirvožemio derlingumą. Ekologinio žemės ūkio intensyvinimo tikslas – sumažinti priklausomybę nuo išorinių aplinkai nedraugiškų šaltinių, tuo pačiu išlaikant aukštą našumo lygį. Šiame kontekste biologiniu pagrindu pagaminti augalų augimą stimuliuojantys produktai gali būti potenciali technologija, skirta integruoti biotechnologines ekologinio intensyvinimo priemones žemės ūkyje. (Canellas et al., 2015).

Augalų biostimuliatoriai

Augalų biostimuliatoriai yra viena iš naujovių leidžiančių sumažinti augalininkystės ūkių chemizavimą. Tai daug žadanti praktika,  kai vartojant tam tikras medžiagas ar mikroorganizmus galima stimuliuoti augalų augimą, padidinti jų toleranciją nepalankiam dirvožemiui ir aplinkos sąlygoms, padidinti išteklių naudojimo efektyvumą (Canellas et al., 2015; Colla, Rouphael, 2015).

Tikslesnį augalų biostimuliatorių apibrėžimą pasiūlė Europos biostimuliatorių pramonės taryba, kuri augalų biostimuliatorius apibūdina kaip produktus, kuriuose yra medžiagos (-ų) ir (arba) mikroorganizų, kurie skatina natūralius procesus augaluose ir šaknų zonoje, kad maisto medžiagos būtų įsisavinamos naudingai ir efektyviai, bei kurie didina derliaus kokybę ir (arba) toleranciją abioziniam stresui nepriklausomai nuo maistinių medžiagų kiekio (EBIC, 2017).

Daugelį metų į biostimuliatorius buvo žiūrima nepatikimai, pradiniai jų taikymo rezultatai nebuvo daug žadantys, nes daugelis šių produktų buvo pagaminta be mokslinės bazės ir kokybės kontrolės. Tačiau, augalinių biostimuliatorių kokybės gerinimas ir geresnis biologinių mechanizmų supratimas, leido sukurti tikrai naudingas biostimuliacines priemones (Colla, Rouphael, 2015).

Iš pradžių biostimuliaciniai produktai buvo vartojami ekologinėje gamyboje, tačiau dabar jie vis dažniau naudojami tradicinėje augalininkystės gamyboje, kad būtų patenkinti ekonominiai ir tvaraus žemės ūkio reikalavimai. Paprastai biostimuliatoriai naudojami didelės vertės kultūroms: šiltnamiuose auginamiems augalams, vaismedžiams, lauko daržovėms, gėlėms ir dekoratyviniams augalams (Colla, Rouphael, 2015).

Pagrindinės augalų biostimuliatorių kategorijos

Bet kurioje pasaulio vietoje augalų biostimulantai nėra teisiškai apibrėžti ar reglamentuoti, įskaitant Europos Sąjungą ir Jungtines Amerikos Valstijas. Ši situacija neleidžia išsamiai išdėstyti ir klasifikuoti medžiagų ir mikroorganizmų, kuriems taikoma ši koncepcija. Nepaisant to, mokslininkai, reguliuotojai ir suinteresuotieji subjektai pripažįsta keletą pagrindinių kategorijų, kurios  apima tiek medžiagas, tiek mikroorganizmus (Jardin, 2015).

Biostimulantai yra įvairių formų ir skirtingų sudedamųjų dalių. Paprastai, yra siūlomos 8 medžiagų kategorijos, kurios veikia kaip augaliniai biostimuliatoriai: 1) huminės medžiagos; 2) kompleksinės organinės medžiagos; 3) naudingi cheminiai elementai; 4) neorganinės druskos, įskaitant fosfitą, 5) jūros dumblių ekstraktai, 6) chitinas ir chitozano dariniai, (7) antitrapirantai ir (8) laisvos amino rūgštys ir N medžiagas.Taip pat, prie biostimuliatorių reikia įtraukti produktus, kuriuose yra naudingų mikroorganizmų, tokių, kaip mikoriziniai grybai ar rizobakterijos (Jardin, 2015; Colla, Rouphael, 2015).

Huminės medžiagos

Huminės medžiagos (HM) yra natūralios dirvožemio organinės medžiagos sudedamosios dalys, susidarančios dėl augalų, gyvūnų ir mikrobų liekanų skilimo, bei nuo metabolinio dirvožemio mikrobų aktyvumo. Tai yra pagrindinis organinės anglies baseinas esantis žemės paviršiuje. Šios medžiagos  padeda reguliuoti daugelį svarbių ekologinių ir aplinkosaugos procesų (Jardin, 2015; Canellas et al., 2015).

Huminės medžiagos yra heta-erogeninių junginių kolekcijos, kurios skirstomos pagal jų molekulinį svorį ir tirpumą į huminą, humines rūgštis ir fulvicines rūgštis. HM biostimuliantai  gaunami iš natūraliai humusingos organinės medžiagos (pvz., durpė ar vulkaniniai dirvožemiai), iš komposto, iš vermikomposto ar iš mineralinių telkinių (leonardito, oksidacinės formos lignito) (Jardin, 2015).

Huminės medžiagos pripažįstamos esminėmis dirvožemio derlingumą sąlygojančiomis medžiagomis,  kurios veikia dirvožemio fizines, chemines ir biologines savybes. HM itin teigiamai veikia šaknų mitybą: didina maistinių medžiagų,  mikro ir makro elementų įsisavinimą, skatina ląstelių plėtimasį ir organų augimą. Taip pat, aprašoma kad huminės medžiagos įtakoja procesus susijusius su augalų hormonų aktyvumu, kurie atsakingi už apsaugą nuo streso (Jardin, 2015).

Amino rūgštys ir kiti N junginiai

Amino rūgščių ir peptidų mišiniai gaunami baltymų fermentacijos būdu, hidrolizuojant juos iš šalutinių agroindustrijos augalinės ir gyvūninės kilmės atliekų. Kiti azoto junginiai yra betainiai, poliaminai ir ne baltyminės amino rūgštys, kurių gausu aukštesniuose augaluose, tačiau jų fizinis ir ekologinis vaidmuo vis dar mažai žinomas. (Jardin, 2015).

Baltymų hidrolizatai ir kiti N junginiai atlieka daugybę vaidmenų kaip augalų augimo biostimuliantai. Tyrimais įrodyta, kad amino rūgštys, kaip biostimuliantai, skatina augalų kvėpavimo, fotosintezės, vandens apytakos procesus, greitina baltymų sintezę, didina askorbo rūgšties koncentraciją, skatina augalo augimą bei derliaus formavimąsi. Nustatyta, kad dėl amino rūgščių poveikio sutrumpėja derliaus brandos laikas, suaktyvėja chlorofilų funkcija, padidėja  tokių svarbių amino rūgščių, kaip  lizino, treonino ir triptofano bei cukrų kiekis. Pranešama ir apie kai kurių amino rūgščių chelatininį poveikį, kai jos gali apsaugoti augalus nuo sunkiųjų metalų poveikio,  bei jų prisidėjimą prie mikroelementų judėjimo ir įsigyjimo. Be to, įvairūs nitroziniai junginiai, įskaitant  gliciną,betainetą ir proliną, prisideda prie aplinkos streso švelninimo (Jardin, 2015) (Jardin, 2015;Mažuolytė-Miškinė ir kt, 2013).

Netiesioginis amino rūgščių  ir kitų N junginių poveikis augimui ir vystymuisi,  taip pat,  yra svarbus žemės ūkio praktikoje . Yra žinoma, kad baltymų hidrolizatai padidina mikroorganizmų biomasę ir jų aktyvumą, dirvožemio kvėpavimą ir apskritai visą dirvožemio vegetaciją (Jardin, 2015).

Jūros dumblių ekstraktai ir augaliniai produktai

Jūros dumblių biomasės naudojimas  žemės ūkyje kaip organinių medžiagų šaltinis žinomas jau senai, tačiau jų biostimuliacinis poveikis aptiktas tik nesenai. Tai paskatintino komerciškai gaminti jūros dumblių ekstraktus ir išgrynintus junginius, įskaitant ir polisacharidus, kaip laminariną, alginatus ir karageninus bei jų suskaldytus produktus. Kitos sudedamosios dalys jūrų dumblių ekstrakte, kurios prisideda prie augalų augimo skatinimo, yra mikro ir makro elementai (jūros dumbliuose yra visų žinomų mikro-makro elementų), steroliai, N junginiai, tokie kaip betainai, ir  hormonai. Kai kurių iš šių junginių, unikalus šaltinis yra tik jūros dumbliai, todėl tai paaiškina vis didesnį susidomėjimą šia biomase (Jardin, 2015; Zalatorius ir kt., 2014).

Jūros dumblių ekstraktas gali būti naudojamas ant dirvožemio, hidroponikos sprendimuose ir  per augalų lapų paviršių.  Dirvožemyje polisacharidai prisideda prie gelio formavimo, vandens sulaikymo ir aeracijos. Polianioniniai junginiai prisideda prie fiksavimo ir mainų procesų, taip pat, yra naudingi sunkiųjų metalų akumuliacijai ir dirvožemio valymui. Augalus ekstraktas veikia kaip trąšos, bei turi poveikį sėklų daigumui, augalų įsikūrimui ir tolesniam augimui bei vystymuisi, o visa tai susiję su hormonų poveikiu. Tyrimai rodo, kad aukštos kokybės jūros dumblių ekstraktai padeda augalams aklimatizuotis ir išvengti streso (šalčio ar karščio). Taip pat, yra aprašomas teigiamas jūros dumblių ekstrakto poveikis dirvožemio mikroflorai, skatinant augalų augimą skatinančia bakterijas  ir patogenus slopinančius antagonistus (Jardin, 2015; Zalatorius ir kt., 2014).

Yra ir kita grupė augalinės kilmės medžiagų, kurios išgaunamos augalų ir naudojamos maisto pramonėje, farmacijoje ir augalų biostimuliantų gamyboje. Lyginant su jūros dumbliais šių medžiagų biostimuliacinės savybės žinomos daug mažiau. Žinoma, kad augalų sąveika ekosistemose yra susijusi su augalų aktyviaisiais junginiais, kurie vadinami aliuleino cheminėmis medžiagomis, kurioms vis daugiau dėmesio skiria tvarus ūkininkavimas. Sėjomainos derinimas, augalų auginimas ir mulčiavimas yra naudojami augalų aliulecheminėms sąveikoms (vadinamoji allelopatija), todėl šioms cheminėms sąveikoms reikėtų skirti daugiau dėmesio naujų biostimulantų vystymui (Jardin, 2015).

Chitozanas ir kiti biopolimerai

Chitozanas yra linijinės struktūros katijoninis polisacharidas, kuris gaunamas deacetilinus chitiną. Šis gamtinės kilmės polimeras pasižymi unikaliomis fizikinėmis, cheminėmis, adsorbcinėmis ir biologinėmis savybėmis: antimikrobiniu aktyvumu, netoksiškumu, biosuderinamumu ir bioskalumu. Chitozinas plačiai naudojamas farmacijoje, vandenvaloje, kosmetikoje, žemės ūkyje, maisto ir tekstilės pramonėje (Gruškienė, 2010).

Žemės ūkyje chitozanas naudojamas, kaip natūrali priemonė pagerinti augalų augimą ir neretai laikomas biopesticidu.  Fiziologinis chitozano poveikis augaluose yra sujungti įvairius komponentus, įskaitant DNR, plazminių membranų ir ląstelių sienelių sudedamąsias dalis, bei gretutinės geno aktyvacijos procese dalyvaujančius receptorius, kurie atsakingi už augalų apsaugos geno aktyvavimą. Žemės ūkio paskirties chitozanas buvo sukurtas, daugiausia dėmesio skiriant augalų apsaugai nuo grybelinių patogenų. Tačiau, šis biopolimeras, taip pat, gali padidinti augalų toleranciją tokioms nepalankioms  aplinkos sąlygoms, kaip sausra, druskingumas, šalčio stresas (Jardin, 2015).

Neorganiniai junginiai

Neorganiniai biostimuliaciniai junginiai – tai naudingi cheminiai elementai , kurie skatina augalų augimą. Šie elementai gali būti svarbūs tam tikroms augalų grupėms, o ne visiems augalams. Penki pagrindiniai elementai yra Al, Co, Na, Se ir Si,  kurie natūraliai randami dirvožemiuose  kaip skirtingos neorganinės druskos ar kaip netirpios formos.  Tačiau, naudingųjų elementų apibrėžimas neapsiriboja jų  vien tik chemine prigimtimi. Jų, taip pat, galima aptikti kituose kompleksiniuose biostimuliatoriuose, pavyzdžiui jūrų dumblių ekstraktuose, pasėlių atliekose ar gyvūnų išmatose (Jardin, 2015).

Neorganinių junginių naudingos funkcijos gali būti esminės, pavyzdžiui, ląstelių sienelių sustiprinimas (Si) arba išreiktos atsparumu nepalankioms aplinkos sąlygomis, pvz.,  patogeniniam užkratui ar osmosiniam stresui (Se). Mokslinėje literatūroje randama daug pranešimų apie teigiamą naudingųjų elementų poveikį augalų augimui, augalų augimo kokybei ir tolerancijai ambioziniam stresui. Šie elementai svarbūs ląstelių sienelių formavimui, osmoreguliacijai, transpiracijai, terminiam reguliavimui, fotosintezei, fermentų aktyvumui, augalų mitybai  (sąveika su kitais elementais), antioksidacinei apsaugai, hormonų sintezei ir reakcijai, sąveikai su simbiontais, apsaugai prieš patogenus(Jardin, 2015).

Mikorizė

Daugiau kaip 90 % visų augalų rūšių su dirvožemio grybais sudaro glaudžius simbiotinius santykius, kurie vadinami  mikorize. Grybų hifai apraizgo augalų šaknis, į jas įsiskverbia ir praplečia augalo šeimininko šaknų sistemą, kuri dėl simbiozės su grybu gali padidėti nuo kelių iki kelių šimtų kartų. Taip augalas turi ženkliai geresnes sąlygas pasiimti iš dirvožemio maisto medžiagas ir vandenį. Augalai savo ruožtu  aprūpina grybą fotosintezės produktais, angliavandeniais, kurių grybas, neturėdamas chlorofilo, negali pasigaminti (Jardin, 2015; Maršalkienė, 2014)

Grybas išskirdamas rūgštis bei fermentus skaido organinius junginius ir juos padaro prieinamus augalams, pagerina mineralinių medžiagų prieinamumą (ypač fosforo), stimuliuoja jų augimą ir vystymąs . Taip pat, grybas  atlieka apsauginio barjero funkciją nuo patogenų ir kenkėjų,  didina augalų toleranciją stresui.  Kita svarbi mikorizinių grybų savybė – dirvos struktūros palaikymas. Grybų hifų ir grybienos gaminamas glikoproteinas glomulinas sujungia dirvožemio daleles į agregatus, o tai neleidžia dirvai suslūgti, sukristi, sumažina erozijos žalą (Jardin, 2015; Maršalkienė, 2014)

Naudingos bakterijos

Bakterijos su augalais sąveikauja įvairiais būdais, sudaro įvairius tarpusavio ryšius. Vienais atvejais bakterijos augalus gali veikti kaip parazitai, kitais atvejais bakterijos turi įtakos augalų augimui, mitybai, maisto medžiagų balansui, atsparumui nuo ligų, streso mažinimui (Jardin, 2015).

Kalbant apie bakterinius biostimulinatus, tai žemės ūkyje yra naudojamos dvi pagrindinės jų rūšys – Rhizobium ir PGPR.  Rizobium (lietuviškas atitikmuo susijęs su augalų šaknų sistema – rizosfera) yra bakteriniai inkuliantai palengvinantys maistinių medžiagų prieinamumą augalams. Augalų augimą skatinančios rizobakterijos – PGPR (plantgrowth-promotingrhizobacteria ), yra daugiafunkcinės ir įtakoja visą augalo gyvenimo ciklą – mitybą ir augimą, morfogenezę ir vystymąsį, atsaką į biotinį ir abiozinį stresą, sąveiką su kitais mikroorganizmais. Tokie biostimuliantai gali būti selektyvūs ir naudojami tik atskiroms augalų grupėms(Jardin, 2015; Ruzzi, Aroca, 2015).

Ateities perspektyvos

Augalų biostimuliatoriai gali padėti sumažinti tręšimo normas ir dažnį, o kai kuriais atvejais visiškai atsisakyti mineralinių trąšų, pagerinti maistinių medžiagų naudojimo efektyvumą, pakeisti kai kurias sintetines augalų priežiūros priemones, pagerinti vaisių kokybę, padidinti vandens toleranciją, sumažinti ligų paplitimą, paspartinti augalų augimą ir vystymąsį. Biostimuliatorių naudojimas žemės ūkyje gali būti vienas iš tvarių sprendimų, kurį integravus į ūkininkavimo strategiją, būtų galima pasiekti  našaus, rentabilaus ir aplinkai draugiško rezultato. Tačiau, kai kuriais atvejais,  geresniam biostimuliatorių įsisavinimui vis dar trūksta bazinių žinių, esminių tyrimų. Ateityje reiktų didinti jų pritaikomumą ir panaudojimą žemės ūkyje, reiktų užtikrinti kokybiškos informacijos sklaidą (Canellas et al., 2015Jardin, 2015; Ruzzi, Aroca, 2015).

 

Mantas Rubežius, 2017

 

Informacijos šaltiniai

Canellasa L.P., Olivaresa P.L, Aguiara N.O., Jonesb D.L., Nebbiosoc A., Mazzeic P., Piccoloc A. 2015. Humicandfulvicacidsasbiostimulantsinhorticulture.ScientiaHorticulturae. Vol. 196, P. 15–27.
Colla G., Rouphael Y. 2015. Biostimulantsinhorticulture. ScientiaHorticulturae. V. 196, P. 1-2.
EuropeanBiostimulantsIndustryCouncil(EBIC). 2017. Prieiga per: http://www.biostimulants.eu/.
Gruškienė R. 2010. Katojonizuoti ir polietilenglikoliu modifikuoti chitozano dariniai bei nanodalelės. Daktaro disertacijos rankraštis. Vilniaus universitetas: 153 p.
https://commons.wikimedia.org
Jardin P. 2015. Plantbiostimulants: Definition, concept, maincategoriesandregulation. ScientiaHorticulturae. V. 196, P. 3–14.
Maršalkienė N. 2014. Mikorizė – vertinga augalų sąjungininkė. Mano ūkis. Pireiga per; http://www.manoukis.lt/mano-ukis-zurnalas/augalininkyste/3416-mikorize-vertinga-augalu-sajungininke.
Mažuolytė-Miškinė E., Pranckietienė I., Dromantienė R., Pranckietis V. 2013. Aminorūgščių poveikis fotosintezės pigmentams vasarinių miežių lapuose imitacinės sausros sąlygomis. ŽEMĖS ŪKIO MOKSLAI. T. 20, Nr. 4, P. 253–265.
Ruzzi M., Aroca R. 2015. Plantgrowth-promotingrhizobacteriaactasbiostimulantsinhorticulture. ScientiaHorticulturae. Vol. 196, P. 124–134.
Zalatorius V., Bundinienė O., Jankauskienė J., Starkutė R., Kavaliauskaitė D. 2014. Dirvos dirbimo ir tręšimo sistemos modeliavimas ir optimizavimas saugiam, kokybiškam ir ekonomiškai pagrįstam lauko daržovių auginimui. Žemės ūkio, maisto ir žuvininkystės moksliniai tyrimai ir taikomosios veiklos programa „Sodininkystės ir daržininkystės plėtra“. Lietuvos agrarinių ir miškų mokslo filialas, Sodininkystės ir daržininkystės institutas: 46 p.

 

Connect with Me: