23 10 24 Mano ukio prenumerata 2024 23 04 15 Gauti naujienas mobili žurnalas
Mano Ūkis 2019/04
Mikroorganizmai ir augalų patogenai
  • Dr. Elena SURVILIENĖ Kauno miškų ir aplinkos inžinerijos kolegija
  • Mano ūkis

Pastaruoju metu net nekyla abejonių, kad cheminių augalų apsaugos priemonių naudojimas didina kenksmingų medžiagų kaupimąsi aplinkoje, slopina dirvožemio mikroorganizmų veiklą ir skatina fitopatogenų atsparumą sintetiniams junginiams. Be to, pesticidų veiksmingumas palyginti trumpas, todėl kultūrinių augalų cikle jie naudojami pakartotinai, o kenksmingi padariniai ekosistemose jaučiami ilgai. Kokia būtų alternatyva?

Visame pasaulyje, ypač Europoje, šiuo metu įvairiais lygmenimis įgyvendinamos direktyvų programos, kuriomis siekiama mažinti priklausomybę nuo pesticidų žemės ūkyje ir taip didinti vartotojų saugumą, skatinti aplinkosaugą. Vienas iš būdų – naudoti biologines kontrolės priemones ir jų produktus kaip sintetinių agrochemikalų alternatyvą.

Kultūrinių žemės ūkio augalų apsaugos metodai skirstomi į:

  • agrotechninius (sėjomaina, augalų kaimynystė, dirvos dirbimas, veislių atsparumas, sėklos paruošimas, sėja, tręšimas, pasėlių priežiūra);
  • fizinius-mechaninius (terminis sėklos apdorojimas, grunto termodezinfekavimas garais, soliarizacija, kenkėjų sulaikymas ir gaudymas užtveriamaisiais bei gaudomaisiais žiedais, tinklais, spalvinėmis klijų juostomis, pažeistų augalų ar jų dalių naikinimas, ligotų augalų šalinimas iš pasėlio, derliaus liekanų naikinimas);
  • genetinius (vyriškų kenkėjų individų sterilizacija gama, rentgeno spinduliais, chemosteriliantais);
  • biocheminius (lytinių atraktantų (feromonų) ir atbaidančių medžiagų (repelentų) naudojimas);
  • cheminius (kenksmingų organizmų kontrolė, naikinimas cheminiais preparatais (pesticidais);
  • biologinius (gyvų organizmų: bakterijų, virusų, grybų, erkių, vabzdžių, paukščių, – naudojimas kenksmingiems organizmams kontroliuoti ir naikinti).

Naudodami biologinį augalų apsaugos metodą, augalams žalingus organizmus – kenkėjus – kontroliuojame pasitelkdami natūralius jų priešus. Pirmiausia svarbu privilioti ir apsaugoti gamtoje esančius naudingus organizmus, kurie minta kenkėjais (paukščių globa; pasėlyje esančių naudingųjų vabzdžių išsaugojimas ir pan.).

Kitu atveju specialiai atrenkami, veisiami ir introdukuojami plėšrieji ir antagonistinėmis savybėmis pasižymintys naudingi organizmai: entomofagai, parazitiniai plėviasparniai, vabzdžiai, erkės, nematodai, bakterijos, grybai, virusai, taip pat augalai, pasižymintys fungicidinėmis, bakteriocidinėmis, insekticidinėmis, nematocidinėmis savybėmis.

Gal kam ir naujovė – nematodai sėkmingai naudojami bioinsekticidų gamybai, nors dauguma nematodus laiko kaip augalus parazituojančius organizmus. Entomopatogeniniai nematodai Steinernema carpocapsae naudojami kurklių, dirvinukų, obuolinių vaisėdžių, grambuolių ir grambuoliukų, ilgakojų uodų, kai kurių pelėdgalvių ir kt. kenkėjų, kurių lervos vystosi dirvožemyje, kontrolei; Steinernema feltiae – tripsų, lapus minuojančių vabzdžių, grybinių ir daiginių uodelių, vaisėdžių kontrolei; Hererorhabditis bacteriophora – grambuoliukų, grambuolių, spragšių ir kitų vabzdžių, besivystančių dirvožemyje, kontrolei.

Bioproduktai gaminami naudojant gyvus organizmus, jų veiklos metabolitus arba sintetinius natūralių medžiagų analogus, taip pat augalinę žaliavą. Biologiniai produktai pagal poveikį kenksmingiems organizmams vadinami biofungicidais, bioinsekticidais, bionematocidais ir t. t. Galima aptikti bendrinį terminą biopesticidai ir jie įtraukiami net į bendrus pesticidų ir kitų agrochemikalų katalogus.

Lenkijoje šiemet vykusioje parodoje „TSW 2018“ BASF stende buvo pristatyti 3 nematodų produktai: Nemasys G (Heterorhabditis bacteriophora) nuo grikinukų (sodinių) grambuoliukų (Phyllopertha horticola); Nemasys L (Steinernema kraussei) nuo žemuoginių straubliukų (Otiorhynchus sulcatus); Nemasys F (Steinernema feltiae) nuo uodelių (Bradysia spp.), vakarinių tripsų (Frankliniella occidentalis), minamusių (Tuta absoluta).

Kokių savybių turi biopesticidai?

Didelė gausa bioproduktų, dar daugiau šių produktų pavadinimų. Kaip žemdirbiui nepasiklysti tokioje gausybėje?

Išskiriami bioproduktų veikimo mechanizmai: tiesioginis poveikis ir poveikis per trofinius ryšius bei funkcijas, kai sutrikdoma kenksmingų organizmų mityba, vystymasis, dauginimasis, sumažėja jų atsparumas aplinkos veiksniams.

Kaip ir visi augalų apsaugai skirti produktai, bioproduktai turi pasižymėti:

  • aukštu biologiniu efektyvumu;
  • specifiškumu ir selektyvumu, tai yra veikti tik tam tikrą kenkėją ar patogeną ir būti nežalingi kitiems agroekosistemos komponentams;
  • būti nekenksmingi aplinkai, žmogui (nesukelti alergijų, netrikdyti organizmo imuninės sistemos, nepažeisti žarnyno mikrofloros ir pan.);
  • išlaikyti savybių ilgalaikiškumą – produkto mikroorganizmai savo vystymosi cikle turi turėti ramybės tarpsnį, per kurį tam tikrą laiką (kelis mėnesius, metus) išsilaikytų bioprodukto veiksmingumas, produktas būtų atsparus temperatūros, drėgmės pokyčiams, ultravioletinei spinduliuotei.

Bioproduktai turi atitikti praktinius naudojimo kriterijus: pritaikyti naudoti šiuolaikinėmis techninėmis priemonėmis, lengvai tirpstantys vandenyje, maišosi su kitais agroproduktais, išlaiko skiedinių homogeniškumą, gerai uždengia apdorojamų augalų paviršių.

Šiuolaikinės technologijos leidžia panaudoti mikroorganizmus augalų apsaugai 3 būdais:

  • sėklų, augalų apdorojimas bioproduktais;
  • sintetinami nauji aktyvūs biologiniai junginiai;
  • naudingos bakterijos DNR įterpimas į augalą, kuris pats pradeda produkuoti aktyvias molekules.

Pramoniniu būdu iš aktyvių Trichoderma, Gliocladium, Telaria, Pythium, Phanerochaete, Talaromyces, Coniothyrium, Botryosphaeria, Aschersonia, Verticillium, Paecilomyces, Beauveria, Metarhizium, Streptomyces, Bacillus, Pseudomonas, Enterobacter, Burkholderia Chaetomium ir kt. rūšių padermių gaminami biofungicidai ir bioinsekticidai.

Trichoderma genties grybai – vieni populiariausių

Vienas iš mikroorganizmų, kurio didžiausias potencialas gaminant komercinius bioproduktus, yra Trichoderma genties grybai. Jie šiuo metu sudaro apie 60 proc. pasaulyje gaminamų mikrobiologinių preparatų žemės ūkiui. Produktai su Trichoderma parduodami kaip biopesticidai, biologinės trąšos, augimo stimuliatoriai ir natūralaus atsparumo stimuliatoriai. Trichoderma genties grybai ypač aktyvūs dirvoje, augalų šaknyse ir ant lapų.

Trichoderma genties grybai yra kosmopolitai, aptinkami visose geografinėse juostose. Tai saprotrofai, organinių augalų liekanų skaidytojai, paplitę ant įvairių substratų, natūraliai gyvena dirvožemyje, augalų šaknų ekosistemoje, ant medienos ir kitos organinės augalinės medžiagos.

Šiems grybams būdingas didelis fermentinis aktyvumas, mikoparazitizmas ir antagonizmas, jie geba efektyviai konkuruoti dėl mitybinių substratų su kitais mikroorganizmais. Nors šie grybai yra tipiška dirvožemio biota, tačiau dėl greito augimo, intensyvios sporuliacijos ir gerų fermentinių sistemų, lengvai prisitaiko prie naujų mitybinių substratų ir geba funkcionuoti ant neįprastų substratų – techninių sintetinių polimerinų.

Vienos Trichoderma rūšys atlieka svarbų bioremeditacijos vaidmenį valant ir skaidant dirvožemį, kuris yra užterštas pesticidais, kitos tirpdo fosfatus ir mikroelementus, trečios padidina augalų giliųjų šaknų masę, taip padidindamos augalo gebėjimą atsispirti sausroms.

Išskiriamas ekologinis Trichoderma vaidmuo. Jis veikia kaip:

  • biodestruktorius > organinių liekanų skaidymas dirvožemyje;
  • celiuliazės producentas > biotechnologijos pramonė;
  • antagonistas > augalų patogenų biokontrolė.

Tikslinis Trichoderma naudojimas skirtas kontroliuoti dirvožemio patogenus, tokius kaip Rhizoctonia, Pythium, Sclerotinia, Fusarium ir kai kuriuos lapų patogenus, kaip Botrytis, Alternaria ir kt. Nors daugelyje produktų etikečių buvo nurodytos fungicidinės savybės, tačiau tik 38 proc. parduodamų produktų buvo užregistruoti kaip augalų apsaugos produktai.

Kita produktų naudojimo paskirtis – skatinti augalų augimą, atkurti dirvožemio biologines savybes, siekiant pagerinti biologinį skaidymą, maistinių medžiagų pasisavinimą ir kita. Tai akivaizdu, nes vienoks ar kitoks produkto poveikis priklauso nuo tos pačios rūšies atskirų padermių funkcionalumo ir savybių.

Bacillus genties bakterijos naikina ligų sukėlėjus

Kitas ne mažiau reikšmingas mikrobiologinio kontrolės nuo patogeninių organizmų objektas yra natūraliai dirvožemyje gyvenančios gramteigiamos Bacillus genties bakterijos, pasižyminčios antagonistinėmis savybėmis nuo daugelio ekonomiškai svarbių žemės ūkio augalų ligų sukėlėjų.

Bacillus spp. bakterijos per gyvenimo ciklą būna dviejų būsenų: sporų ir vegetatyvinės. Į vegetatyvinę būseną iš sporos bakterijos pereina tada, kai atsiduria palankiose bakterijoms vystytis ir daugintis sąlygose (optimali temperatūra, drėgmė, pH, maistinės medžiagos). Kai aplinkoje baigiasi maistinės medžiagos arba atsiranda bakterijoms nepalankūs fiziniai veiksniai, jos vėl gali grįžti į sporos būseną. Ši būsena lemia ilgalaikį išsilaikymą ir, be abejo, efektyvų tokio tipo bakterijų paplitimą aplinkoje.

Biopesticidų dar nėra gausu

Labai pasigirti augalų apsaugos biopesticidų gausa negalime, nors rinkoje mikrobiologinių produktų pasiūla išties nemaža ir nevengiama juos deklaruoti kaip gebančius slopinti infekcijos procesus augaluose. Bet tai dažniausiai yra kaip prielaida augalo imuninei sistemai stiprinti, prevencinė priemonė užkirsti kelią ligoms plisti ir panašiai. Kad produktas išties būtų veiksmingas, svarbu tinkamai jį naudoti. Tai lemia fitosanitarinė situacija pasėlyje, panaudojimo laikas, norma, dažnumas ir aplinkos veiksnių įtaka.

***

Kaip mikroorganizmai antagonistiškai veikia augalų patogeninius organizmus, parodyta paveiksle. Bakterijos Pseudomonas syringae pv. tomato (1), sukeliančios pomidorų bakterinę dėmėtligę, į augalą patenka per atviras lapo žioteles (2). Į įsibrovėlio veiksmus augalas reaguoja išskirdamas per šaknis L-obuolių rūgštį (3), kuri kaip maistas pritraukia laisvai dirvožemyje gyvenančias Bacillus subtilis (4) bakterijas. Jos šaknų aplinkoje intensyviai dauginasi, okupuodamos augalo rizosferą. Siekdamos kuo plačiau užimti rizosferą, bakterijos savo ruožtu išskiria toksinus (5), kurie antagonistiškai veikia kitas potencialiai patogenines mikroorganizmų rūšis (6) ir neleidžia joms artėti bei infekuoti augalo šaknų. Taip pat šie toksinai iš dalies švelnina augalo reakciją į B. subtilis priverstinę kaimynystę. Augalo reakcija pasireiškia tuo, kad jis gamina abscisinę rūgštį, kuri verčia užsiverti žioteles (7) (uždaromas kelias bakterijoms patekti į augalo audinius). Taip augalas priverčiamas natūraliai gintis nuo infekcijos.

Kitas gynybos būdas – savotiškas informacijos dalijimasis tarp augalų. Tai vyksta per mikorizę. Čia pateiktas pavyzdys su pomidorų sauslige Alternaria solani (8). Informacija apie infekciją nuo sergančio augalo sveikiems perduodama per dirvožemio grybą Glomus mosseae (9). Visos Glomus genties grybų rūšys sudaro daugiausia (nurodoma maždaug 50 proc.) simbiotinius ryšius su augalų šaknimis ir yra arbuskuliarinės mikorizės grybai.

Arbuskuliarinės mikorizės grybai gali suteikti daug naudos jų augalų šeimininkams, įskaitant geresnį maistinių medžiagų pasisavinimą, atsparumą sausrai ir atsparumą ligoms. Glomus genties grybų rūšys randamos beveik visose sausumos buveinėse, įskaitant ariamąją žemę, dykumą, pievas, atogrąžų miškus ir tundras. Keletas Glomus rūšių yra kultivuojami ir parduodami kaip mikorizės inokuliantai žemės ūkio reikmėms.