Бактеріальні добрива на основі бульбочкових бактерій

Мікрофлора ґрунту безпосередньо впливає на її родючість й, як наслідок, на врожайність рослин. Ґрунтові мікроорганізми в процесі росту й розвитку поліпшують структуру ґрунту, накопичують у ній поживні речовини, мінералізують різні органічні сполуки, перетворюючи їх у легко засвоювані рослиною компоненти харчування. Для стимуляції цих процесів застосовують різні бактеріальні добрива, які збагачують ризосферу рослин корисними мікроорганізмами. Мікроорганізми, які використовуються для виробництва бактеріальних препаратів, сприяють постачанню рослин не тільки елементами мінерального харчування, але й фізіологічно активними речовинами (фітогормонами, вітамінами й ін.).

У наш час випускають такі бактеріальні добрива, як нітрагін, ризоторфін, азотобактерин, фосфобактерин, екстрасол.

Промисловість випускає два види препаратів бульбочкових бактерій: нітрагінін, ризоторфін. Обидва препарати виробляються на основі активних життєздатних бульбочкових бактерій з роду Rhizobium. Ці бактерії в симбіозі з бобовими культурами здатні фіксувати вільний азот атмосфери, перетворюючи його в сполуки, які легко засвоюються рослинами.

Бактерії роду Rhizobium – суворі аероби. Серед них розрізняють активні, малоактивні й неактивні культури. Критерієм активності бульбочкових бактерій служить їхня здатність у симбіозі з бобовою рослиною фіксувати атмосферний азот і використовувати його у вигляді сполук для кореневого харчування рослин.

Фіксація атмосферного азоту можлива тільки в бульбочках, які утворюються на коріннях рослин. Виникають вони при інфікуванні кореневої системи бактеріями з роду Rhizobium. Зараження кореневої системи відбувається через молоді кореневі волоски. Після попадання бактерії проростають усередині них до самої основи у вигляді інфекційної нитки. Вирослі нитки проникають крізь стінки епідермісу в кору кореня, розгалужуються й розподіляються по клітинами кори. При цьому індукується ділення клітин хазяїна й розростання тканин. У місці локалізації бактерій на корені рослини-хазяїна утворюються клубеньки, у яких бактерії швидко розмножуються й розташовуються окремо або групами в цитоплазмі рослинних клітин. Самі бактеріальні клітини збільшуються в кілька разів і змінюють забарвлення. Якщо клубеньки мають червонувате або рожеве забарвлення, обумовлене наявністю пігменту легоглобіну (леггемоглобіну) – аналог гемоглобіну крові тварин, то вони здатні фіксувати молекулярний азот. Незабарвлені ("порожні") або ті які мають зеленувате забарвлення не фіксують азот.

Бактерії, що знаходяться у бульбочках, синтезують ферментативну систему з нітрогеназною активністю, що відновлює молекулярний азот до аміаку. Асиміляція аміаку відбувається, в основному, шляхом залучення його в ряд ферментативних перетворень, що приводять до утворення глутаміну й глутамінової кислоти, які використовуються надалі на біосинтез білка.

Окрім критерію активності в характеристиці бульбочкових бактерій використовують критерій вірулентності. Він характеризує здатність мікроорганізму вступати в симбіоз із бобовою рослиною, тобто проникати через кореневі волоски усередину кореня й викликати утворення клубеньків. Велике значення має швидкість такого проникнення. У симбіотичному комплексі рослина – Rhizobium бактерії забезпечуються поживними речовинами, а самі постачають рослину азотистим харчуванням. З вірулентністю пов'язана й видова вибірковість, що характеризує здатність даного виду бактерій до симбіозу з певним видом бобової рослини. Класифікація різних видів Rhizobium ураховує рослину-хазяїна, наприклад: Rhizobium phaseoli – для квасолі, Rhizobium lupini – для люпину, сараделли й т.д. Вірулентність і видоспецифічність взаємозалежні й не є постійними властивостями штаму.

Завданням виробництва бактеріальних добрив є максимальне нагромадження життєздатних клітин, збереження їхньої життєздатності на всіх стадіях технологічного процесу, готування на їхній основі готових форм препарату зі збереженням активності протягом гарантійного строку зберігання.

Промисловість випускає два види нітрагіну: ґрунтовий і сухий. Уперше культура бульбочкових бактерій на ґрунтовому субстраті була приготовлена в 1911 році на бактеріально-агрономічній станції в Москві. У цей час його виробництво має обмежене значення, тому що технологія досить складна й трудомістка при виконанні окремих операцій. Більш перспективна технологія виробництва сухого нітрагіну.

Сухий нітрагін – порошок ясно-сірого кольору, містить в 1 г не менш 9 млрд. життєздатних бактерій у суміші з наповнювачем. Вологість не перевищує 5 – 7%. Промислове виробництво має типову схему. Необхідно відзначити, що важливо підбирати штами, стійкі до висушування. Для виробництва посівного матеріалу вихідну культуру бульбочкових бактерій вирощують на агаризованому середовищі, яке містить відвар бобового насіння, 2% агару й 1% сахарози, потім культуру розмножують у колбах на рідкому поживному середовищі протягом 1 – 2 доби при 28 – 30°С і рН 6,5 – 7,5. На всіх етапах промислового культивування застосовують поживне середовище до складу якого входять такі компоненти, як меляса, кукурудзяний екстракт, мінеральні солі у вигляді сульфатів амонію й магнію, крейда, хлорид натрію й фосфат калію. Основна ферментація йде за тих самих умов протягом 2 – 3 діб. Готову культуральну рідину сепарують, біомаса утворюється у вигляді пасти з вологістю 70 – 80%. Пасту змішують із захисним середовищем, яке містить тіосечовину й мелясу (1:20) і направляють на висушування. Сушать шляхом сублімації (у вакуум-сушильних шафах). Висушену біомасу розмелюють. Більш продуктивним є висушування шляхом ліофілізації, але при цьому 75% клітин втрачають життєздатність. Препарати сухого нітрагіну фасують і герметизують у поліетиленові пакети по 0,2 – 1 кг, зберігають при температурі 15°С не більше 6 місяців. Насіння обробляють перед посівом. Внесення нітрагіну підвищує врожайність у середньому на 15 – 25%.

Препарат бульбочкових бактерій може випускатися й у вигляді ризоторфіну. Уперше торф'яний препарат бульбочкових бактерій був виготовлений в 30-х роках ХХ сторіччя, але технологія була створена в 1973 – 77 р. Для добування ризоторфіну торф сушать при температурі не вище 100°С і розмелюють у порошок. Найбільш ефективним способом стерилізації є опромінення його γ-променями. Перед стерилізацією, розмелений, нейтралізований крейдою й зволожений до 30 – 40% торф розфасовують у поліетиленові пакети. Потім його опромінюють і заражають бульбочковими бактеріями, використовуючи шприц, за допомогою якого впорскується поживне середовище, яке містить бульбочкові бактерії. Прокол після внесення бактерій заклеюється липкою стрічкою.

Кожен грам ризоторфіну повинен містити не менш 2,5 млрд. життєздатних клітин з високою конкурентноздатністю й інтенсивною азотфіксацією. Препарат зберігають при температурі 5 – 6°С і вологості повітря 40 – 55%. Пакети можуть бути вагою від 0,2 до 1,0 кг. Доза препарату становить 200 г на га. Обробку насіння роблять наступним чином: ризоторфін розбавляють водою й проціджують через подвійний шар марлі.

Отриманою суспензією обробляють насіння. Насіння висівають у день обробки або на наступний.

Обробка насіння бобових культур міцно ввійшла у світову сільськогосподарську практику. Найбільшими виробниками таких препаратів є США й Австралія.