Механизм биологической фиксации молекулярного азота, иммобилизация фосфора микроорганизмами – Комплексные микробиологические удобрения

Комплексные микробиологические удобрения

Среди проводимых исследований большой интерес представляет направление по комплексному использованию различных групп микроорганизмов, способных обеспечивать растения не только различными элементами минерального питания, но и защитой от патогенов, веществами, регулирующими развитие. Эти функции выполняют различные представители микробиоты, в том числе внутриклеточные симбионты (эндомикоризные грибы, клубеньковые бактерии), эндофиты тканей надземных и подземных органов (азотфиксаторы Acetobacter, Azoarcus или спорыньевые грибы), а также эктосимбионты на поверхности растений.

Одним из препаратов, широко рекламируемых в последние годы, является группа препаратов под общей маркой ЭМ-технологий. По мнению авторов главной причиной исключительной многофункциональности ЭМ-препарата является широчайший диапазон действия входящих в его состав микроорганизмов. Вот лишь наиболее крупные группы входящих в ЭМ-препарат микроорганизмов и основные выполняемые ими функции.

Фотосинтезирующие бактерии – независимые самоподдерживающиеся микроорганизмы. Эти бактерии синтезируют полезные вещества из корневых выделений растений, органических веществ и ядовитых газов (например, сероводорода), используя солнечный свет и тепло почвы как источники энергии. Полезные вещества включают в себя аминокислоты, нуклеиновые кислоты, другие биологически активные вещества и сахара, способствующие развитию и росту растений. Эти вещества поглощаются растениями непосредственно и также выступают в качестве пищи для развивающихся бактерий. Так, в ответ на увеличение числа фотосинтезирующих бактерий в почве растет содержание других эффективных микроорганизмов. Например, содер­жание микоризных грибков увеличивается из-за доступности азотных соединений (аминокислот), используемых как субстрат, который выделяется фотосинтезирующими бактериями. А микориза, в свою очередь, улучшает растворимость фосфатов в почвах, доставляя, таким образом, растениям недоступный ранее фосфор.

Молочнокислые бактерии вырабатывают молочную кислоту из сахара и других углеводов, произведенных фотосинтезирующими бактериями и дрожжами. Напитки типа йогурта и рассолов производят с использованием молочнокислых бактерий уже очень давно. Молочная кислота – сильный стерилизатор. Она подавляет развитие вредных микроорганизмов и ускоряет разложение органического вещества. Кроме того, молочнокислые бактерии способствуют разложению лигнинов и целлюлозы и ферментируют эти вещества.

МК бактерии способны подавить распространение вредного микроорганизма, вызывающего болезни растений. Увеличение численности ослабляет растения, что вызывает развитие других болезней и часто заканчивается вспышкой нематод. Численность нематод падает по­степенно, по мере того, как бактерии молочной кислоты подавляют распространение Fusarium.

Дрожжи синтезируют антибиотические и полезные для растений веще­ства из аминокислот и сахаров, продуцируемых фотосинтезирующими бакте­риями, органическими веществами и корнями растений. Биологически активные вещества типа гормонов и ферментов, произведенные дрожжами, стимулируют точку роста и, соответственно, рост корня. Они секретируют (выделяют) полезные субстраты для эффективных микроорганизмов типа молочнокислых бактерий и актиномицетов.

Актиномицеты, которые по своему строению занимают промежуточное положение между бактериями и грибами, производят антибиотические вещества из аминокислот, выделяемых фотосинтезирующими бактериями и органическим веществом. Эти антибиотики подавляют рост вредных грибов и бактерий. Актиномицеты могут сосуществовать с фотосинтезирующими бактериями. Таким образом, обе группы улучшают состояние почвы.

Ферментирующие грибы. Грибы типа Aspergillus и Penicillium быстро разлагают органические вещества, производя этиловый спирт, сложные эфиры и антибиотики. Они подавляют запахи и предотвращают заражение почвы вредными насекомыми и их личинками.

Каждая разновидность эффективных микроорганизмов (фотосинтезирующие бактерии, молочнокислые бактерии, дрожжи, актиномицеты, грибы) имеют собственную важную функцию, но при этом, с одной стороны, поддерживают действие других микроорганизмов, с другой – используют вещества, произведенные этими микроорганизмами. Это явление «сосуществования и сопроцветания» и есть симбиоз. Когда эффективные микроорганизмы развиваются в почвах как сообщество, количество полезных микроорганизмов увеличивается. Микромир почвы становится богаче, и микробные экосистемы в почве хорошо сбалансированы, причем определенные микроорганизмы, особенно патогенные, не развиваются. Таким образом, подавляются болезни почвы. Корни растений выделяют вещества типа углеводов, аминокислот, органических кислот и активных ферментов. ЭМ используют их для роста. В течение этого процесса они, в свою очередь, выделяют и тем самым обеспечивают растения аминокислотами, нуклеиновыми кислотами, разнообразными витаминами и гормонами. Кроме того, ЭМ в околокорневой зоне образуют симбиоз с растениями. Следовательно, в почвах, заселенных ЭМ, растения развиваются в исключительно благоприятных условиях.

Исходя из имеющихся сведений об экологии микроорганизмов, частично изложенных в данном пособии, нужно с известной долей скептицизма относиться подобным рекламам и проводить предварительные исследования в конкретных почвенно-климатических условиях перед их широким внедрением. Однако работы, проводимые в данном направлении, представляют большой интерес и имеют огромные перспективы при переходе на так называемое «органическое земледелие».

Важно отметить, что производство микробных «удобрений» не только возможно, но и необходимо организовать непосредственно в регионах с использованием наиболее активных представителей аборигенных форм симбионтов. На рисунке 66 показан общий вид биокультиватора “УИС-0.25” для масштабирования жидких культур микроорганизмов, с помощью которого возможно производство микробиологических препаратов в объемах достаточных для крупных регионов.

Некоторые методики по выделению и поддержанию чистых культур приведены в приложении Г, там же показаны способы проверки активности культур. Организация рабочего места микробиолога и способы работы с почвенными микроорганизмами описаны авторами в пособии «Микроорганизмы и биогеохимический потенциал».

Рисунок 66 – Общий вид биокультиватора “УИС-0.25” для масштабирования жидких культур микроорганизмов