У многих из нас бактерии и грибки прежде всего ассоциируются с патогенами, которые вызывают болезни растений. Однако, это не всегда так. Многие почвенные микробы играют фундаментальную роль в нашей жизни: питают растения, которые мы выращиваем для еды и необходимы нам для жизни на этой планете. Давайте посмотрим, какие крошечные микроорганизмы особенно полезны для растений и как их поддержать.
Как бактерии стимулируют рост растений?
Почва — это гораздо больше, чем просто грязь, она живая. В чайной ложке почвы содержится больше микробов, чем людей на земле. Один гектар плодородной почвы может содержать в среднем 8-15 тонн бактерий, грибов, простейших, нематод, дождевых червей и членистоногих.
Мудрая природа позаботилась о растениях. Почвенные микробы образуют симбиотические (взаимовыгодные) отношения с растениями, усиливая защиту от патогенов и стимулируя их рост в обмен на источники пищи. Такие микробы представляют собой особый класс бактерий, которые занимают ризосферу (корневую зону) и обладают способностью улучшать развитие и повышать защитные силы растений.
Как мы знаем, растения получают пищу из почвы, в которой они растут. Однако эта пища доступна им только благодаря большому разнообразию микробов (особенно бактерий и грибков), которые могут химически и механически преобразовывать материалы в почве в питательные вещества. Таким образом, эти бактерии напрямую влияют на рост растений, облегчая доступ к таким питательным веществам, как азот, фосфор, железо и другие.
Хотя азот, фосфор и железо могут быть в изобилии в почве, они часто находятся в форме, которую растение не может использовать. Бактерии, стимулирующие рост растений, преобразуют эти питательные вещества в форму, которую растение может легко использовать для питания.
Эти бактерии также могут продуцировать растительные гормоны, такие как ауксины, гиббереллины и цитокинины. Эти гормоны стимулируют рост корней и побегов в обмен на источники питания, получаемые ими из растения.
Кроме того, бактерии, стимулирующие рост растений, обладают способностью защищать растения от патогенов. В борьбе за питательные вещества они вытесняют патогены и производят антибиотики и противогрибковые метаболиты.
Подобные бактерии могут помочь растению защитить себя от патогенов совершенно удивительным образом. Они способствуют тому, что в растении запускается сигнал, который активирует защитную систему. Это включает в себя укрепление клеточных стенок растений, производство антимикробных веществ и синтез белков, связанных с патогенами.
Почвенные микроорганизмы для поддержания здоровья растений
Триходерма (Trichoderma). Триходерма — это нитчатые грибы, передающиеся через почву. Эти грибы могут колонизировать корни растений как снаружи, так и внутри. Они поставляют специализированные белки, которые заставляют растение повышать устойчивость к болезням, а также стимулируют фотосинтез в листьях. Также триходерма производит и выделяет в почву гормоны роста растений. Многие виды триходермы способны продуцировать ауксиновый фитогормон индол-3-уксусную кислоту, которая способствует росту корней. Триходерма широко используются в сельском хозяйстве в качестве биофунгицида. В основе механизмов биологической борьбы в данном случае лежит микопаразитизм, то есть убийство одного гриба (патогенного) другим.
Микориза (Мycorrhiza). В экосистемах часто устанавливается симбиоз между корнями растений и грибами. Структуры, образующиеся в результате такого симбиоза, называются микоризой. В этом случае гриб живет внутри или снаружи корней растения, и питательные вещества из почвы транспортируются к корням через гифы грибов. Гифы (нитевидные образования) могут исследовать больший объем почвы и достигать более отдаленных участков по сравнению с корнями растений. В результате увеличивается количество питательных веществ, доступных растениям, и улучшается их рост. В свою очередь, растения делятся с симбиотическими грибами своими сахарами.
Лактобактерии (Lactobacillus). Лактобактерии — род бактерий, обычно встречающихся в почве и кишечнике человека и животных. В науке известны более 200 видов лактобактерий. В почве эти организмы способствуют разложению органического вещества. Помимо разложения органических веществ, они подавляют болезни растений и оказывают регулирующее действие на рост грибов, дрожжей и других бактерий.
Сенная палочка (Bacillus subtilis). Около 420 миллионов лет назад на суше начали расселяться растения. В то время земля была в основном каменистой и еще не было почвы, которая могла бы помочь растениям расти. К счастью, микробы уже присутствовали на земле, и они могли получать питательные вещества из горных пород. В частности, бактерия Bacillus subtilis может выделять марганец из горных пород и переводить его в форму, которую легко усваивают растения. Многие штаммы Bacillus subtilis способны действовать как агенты биоконтроля против патогенных грибов и, таким образом, могут использоваться для подавления болезней. Сенная палочка образует биопленки на корнях растений и продуцирует более 24 антибиотиков, усиливая их антимикробную активность в почве.
Пеницилл (Penicillium). Грибки рода грибов-аскомицетов. Пеницилл оказывает влияние на рост растений, обусловленное продукцией и секрецией гиббереллинов, которые стимулируют рост корней. Кроме того, виды Pennicillium обладают эффектом индуцированной систематической устойчивости на растения за счет секреции ферментов, которые вызывают иммунный ответ растений.
Дрожжи (Debarayomyces и Saccharomyces). Положительное влияние на рост растений имеют преимущественно два рода дрожжевых грибков: Debarayomyces и Saccharomyces (Сахаромицеты). Известно, что представители обоих этих родов являются организмами, способствующими росту растений. Действие дрожжей стимулирует рост растений, в частности, делая фосфаты доступными для растений, создавая барьеры для патогенных бактерий и грибков и вырабатывая гормоны роста растений.
Полезные нематоды. Среди ученых часто шутят, что нематод можно встретить повсюду. Около 90% дна океана и 80% Земли содержат популяции нематод. В семействе нематод есть как полезные, так и патогенные микроорганизмы. Полезные нематоды играют важную роль в превращении питательных веществ почвы в легко усваиваемые для растений формы. Патогенные нематоды могут разрушать корневую систему, вызывать болезни и негативно воздействовать на микоризные грибы.
Другие виды нематод питаются бактериями, грибами и/или другими нематодами (в зависимости от вида). Эта битва разыгрывается в почве под нашими ногами каждый день. Увеличение числа полезных нематод служит подкреплением для растений в почве.
Как поддержать присутствие полезных бактерий в почве?
Микробы нуждаются в регулярных запасах активного органического вещества, чтобы выжить в почве. Почвы, которые не обрабатывали длительное время, имеют значительно более высокий уровень микроорганизмов, больше активного углерода и органического вещества, чем регулярно обрабатываемые почвы. Большинство микробов в почве существует в условиях голодания и поэтому склонны находиться в состоянии покоя (особенно в распаханных почвах). Отмершие растительные остатки и питательные вещества для растений становятся пищей для микробов в почве.
Для оптимального роста корни растений и микробы нуждаются в доступе некоторого количества воздуха и воды. К счастью, почва полна микросред, различающихся по количеству доступного воздуха, воды и питательных веществ. Уплотнение почвы и ее нарушение вследствие обработки могут разрушить эту важную микросреду, затрудняя проникновение корней растений в почву, поглощение воды и питательных веществ и взаимодействие с полезными микробами. Чтобы свести к минимуму уплотнение и обеспечить оптимальную среду для выращивания, четко распределите области для посадки и передвижения по участку, например, соорудите приподнятые грядки, разделенные дорожками. Также рассмотрите возможность использования ручных инструментов, чтобы свести к минимуму обработку почвы, когда это возможно.
Верхние несколько сантиметров почвы содержат обилие микроорганизмов, органических и питательных веществ. Для защиты ценного верхнего слоя почвы от эрозии можно использовать мульчу или почвопокровные культуры, а также добавления органического вещества по мере его разложения.
Пестициды убивают вредителей, но они также могут убивать полезные почвенные микробы и насекомых. Вместо того чтобы искать химический препарат, постарайтесь сначала рассмотреть биологические альтернативы пестицидам. Выбирайте устойчивые к болезням сорта растений и культуры, которые смогут хорошо расти на вашем участке. Более крупных вредителей соберите вручную или сбейте с растений струей из садового шланга и бросьте в мыльную воду.
Кроме этого, существуют специальные препараты на основе полезных для растений грибков и штаммов бактерий, которые просто можно внести в почву.
