Επίσης, η προώθηση της ανάπτυξης των καλλιεργειών, μπορεί να επιτευχθεί με τα κατάλληλα  μικροβιακά εμβόλια τα οποία και αποτελούν μικροοργανισμούς προώθησης της φυτικής ανάπτυξης.

Τι είναι τα βιολογικά φυτοπροστατευτικά σκευάσματα;

Πρόκειται για ζωντανούς οργανισμούς (φυτά, νηματώδεις, μικροοργανισμούς, όπως μύκητες, βακτήρια, ιοί) ή φυσικά προερχόμενα προϊόντα από τους προαναφερθέντες οργανισμούς, τα οποία χρησιμοποιούνται για την καταστολή πληθυσμών  παρασίτων.

Βιολογικά σκευάσματα ή χημικά φυτοπροστατευτικά;

Το κύριο πλεονέκτημα της χρήσης των βιολογικών σκευασμάτων, είναι η μείωση των δυσμενών περιβαλλοντικών επιπτώσεων και ενδεχομένως η μείωση του κινδύνου για την ανθρώπινη υγεία. Επίσης, υπάρχει η δυνατότητα, η χρήση τους να προσφέρει μια πιο στοχευμένη δράση απέναντι στους οργανισμούς-στόχους με αποτέλεσμα να μειώνεται ο κίνδυνος επιβλαβών συνεπειών σε άλλους οργανισμούς μη στόχους, όπως πτηνά και θηλαστικά.

Από την άλλη πλευρά, τα χημικά φυτοπροστατευτικά σκευάσματα αποτελούν μια πιο άμεση και γρήγορη λύση στο πρόβλημα των παρασίτων, ενώ η δράση των βιολογικών σκευασμάτων για να είναι εμφανής και προφανής, θα πρέπει να περάσει ένα συγκεκριμένο χρονικό διάστημα μετά την εφαρμογή τους. Επίσης, τα βιολογικά σκευάσματα μπορούν να είναι αποτελεσματικά εντός πολύ συγκεκριμένων θερμοκρασιακών και υγρασιακών ορίων. Ακόμη ένα θέμα που απασχολεί είναι η ανάπτυξη ανθεκτικότητας, η οποία είναι πιο έντονη στην περίπτωση των βιολογικών σκευασμάτων.

Κατάταξη βιολογικών σκευασμάτων

1. Μικροβιακά παρασιτοκτόνα

► Βακτήρια (π.χ. Bacillus thuringiensis)

► Μύκητες (π.χ Beauveria bassiana)

► Ιοί (π.χ. HearNPV)

► Πρωτόζωα (Trichogramma)

2. Προστατευτικοί οργανισμοί ενσωματωμένοι σε φυτά (γενετικά τροποποιημένοι οργανισμοί)

► π.χ. ανθεκτικές σε έντομα καλλιέργειες

► π.χ. ανθεκτικές σε ασθένειες καλλιέργειες

3. Άλλα

► Αρπακτικά

► Εντομοπαθογόνοι νηματώδεις

► Παρασιτοειδή

Τρόποι δράσης των βιολογικών σκευασμάτων

Ένα ευρέως γνωστό μικροβιακό σκεύασμα είναι αυτό που περιέχει τον βάκιλο Bacillus thuringiensis.  Ο συγκεκριμένος βάκιλος χρησιμοποιείται για τον έλεγχο κάποιων από τους σημαντικότερους εχθρούς των καλλιεργειών.

Πώς όμως επιτυγχάνεται αποτελεσματικός έλεγχος των παρασίτων;

Από τη στιγμή που το μικροβιακό σκεύασμα εφαρμοσθεί στην καλλιέργεια και οι νύμφες των εντόμων καταναλώσουν το βάκιλο, ο οποίος και αποτελεί τροφή για αυτές, αυτομάτως εκκρίνει ο βάκιλος ενδοτοξίνες  εντός του πεπτικού συστήματος των νυμφών, εν συνεχεία προκύπτει ανισορροπία των ανιόντων, παράλυση του πεπτικού συστήματος και μετά την πάροδο μερικών ημερών, επέρχεται και ο θάνατος των νυμφών του παρασίτου.

Από τη σκοπιά της βιοτεχνολογίας, γενετικά τροποποιημένα φυτά βαμβακιού στα οποία έχει εισαχθεί ο βάκιλος, παράγουν την επιθυμητή πρωτεΐνη και έτσι προστατεύονται από τις επιθέσεις των εντόμων.

Κάποιοι άλλοι βάκιλοι δρουν ανταγωνιστικά, καταστέλλοντας με αυτόν τον τρόπο την ανάπτυξη φυτοπαθογόνων οργανισμών.

Μία διαφορετική περίπτωση ωφέλιμου μικροοργανισμού αποτελεί το βακτήριο Pseudomonas fluorescens το οποίο είναι ικανό να παράγει ουσίες οι οποίες προάγουν τη φυτική ανάπτυξη. Τέτοιες ουσίες είναι κάποιες αυξίνες καθώς και αντιβιοτικά.

Στην περίπτωση των ιών που χρησιμοποιούνται ως βιολογικά σκευάσματα, αυτοί αναπτύσσονται εντός των πυρήνων των εντόμων-ξενιστών. Τα έντομα τρέφονται με τα μολυσματικά σωματίδια του ιού και τελικά πεθαίνουν.

Όσον αφορά σε βιολογικά σκευάσματα μυκήτων, όπως αυτό της Beauveria bassiana, ο ρόλος της είναι η πρόκληση ασθενειών στην ουσία, στα έντομα–στόχους. Μόλις οι σπόροι
του B. bassiana έρχονται σε επαφή με την επιδερμίδα των ευαίσθητων εντόμων, βλαστάνουν και αναπτύσσονται στο εσωτερικό του σώματος του εντόμου, τοξίνες εν συνεχεία παράγονται από το μύκητα, απομακρύνονται τα θρεπτικά συστατικά από το έντομο και τελικά αυτό πεθαίνει.

Κάποιοι ωφέλιμοι μικροοργανισμοί δρουν ως αρπακτικά ή ως παρασιτοειδή. Τέτοια παραδείγματα είναι κάποια κολεόπτερα τα οποία τρώνε τις επιβλαβείς αφίδες ή οι σφήκες Trichogramma των οποίων οι προνύμφες παρασιτούν στα αυγά των παρασίτων, τρεφόμενες από αυτά.

Θα πρέπει επίσης να αναφέρουμε και τους εντομοπαθογόνους νηματώδεις. Πρόκειται για σκευάσματα που περιέχουν αυτούς τους οργανισμούς, εφαρμόζονται στο έδαφος και εκεί, αφού εντοπίζουν τα έντομα-στόχους, εισέρχονται σε αυτά, στις προνύμφες τους συγκεκριμένα, απελευθερώνοντας εσωτερικά του ξενιστή εντομοπαθογόνα βακτήρια.

Τελευταία αναφορά γίνεται για τα γενετικά τροποποιημένα φυτά, στα οποία έχουν εισαχθεί ξένα γονίδια με σκοπό την απόκτηση κάποιων επιθυμητών χαρακτηριστικών. Φέρ’ ειπείν, προσθήκη συγκεκριμένων μικροβίων για φυτά ανθεκτικά σε κάποιο έντομο ή μύκητα.

Τι είναι οι μικροοργανισμοί προώθησης της φυτικής ανάπτυξης;

Πρόκειται επίσης για μύκητες και βακτήρια.

Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι οι μύκητες που αναπτύσσουν συμβιωτικές σχέσεις με τις ρίζες των φυτών (μυκόρριζες).

Ένα από τα οφέλη αυτής της συμβιωτικής σχέσης προς τα φυτά είναι η καλύτερη χρήση και απορρόφηση του P. Το γεγονός αυτό είναι προφανές σε εδάφη με ελλειμματικές ποσότητες P. Στην περίπτωση όμως που ένα έδαφος είναι υπέρπληρες σε P λόγω της εφαρμογής των συμβατικών συνθετικών λιπασμάτων, τότε η ιδιότητα των μυκορριζών χάνεται καθώς τα φυτά διαθέτουν άλλους, ευκολότερους τρόπους πρόσληψης του P.

Τα αζωτοδεσμευτικά βακτήρια (συμβιωτικά ή μη) είναι επίσης ακόμη μία περίπτωση  προώθησης της φυτικής ανάπτυξης. Τα βακτήρια αυτά δεσμεύουν το άζωτο της ατμόσφαιρας και το αποδίδουν στην καλλιέργεια. Και σε αυτήν την περίπτωση, η αζωτοδεύσμευση θα σταματήσει εάν δοθεί στο φυτό άζωτο με τον παραδοσιακό τρόπο.

Τρόποι εφαρμογής αυτών των σκευασμάτων

► Εμβολιασμός σπόρων

► Εμβολιασμός σποροφύτων

► Εφαρμογή στο έδαφος

Μια καλύτερη κατανόηση των μικροβίων προς όφελος της γεωργίας

Στις περισσότερες των περιπτώσεων, τα μικρόβια θεωρούνται επιβλαβείς οργανισμοί και όταν όχι, η ωφέλιμη αξία τους δεν έχει κατανοηθεί στο βαθμό που θα έπρεπε.  

Μύκητες για παράδειγμα, μπορούν να αποικίσουν τα ανώτερα μέρη των φυτών και να προσφέρουν πολλά οφέλη, συμπεριλαμβανομένης της αντοχής στην ξηρασία, αντοχής στη θερμότητα, αντοχής στα έντομα και αντοχής στις ασθένειες των φυτών.

Οι ιοί είναι από μόνοι τους μια κατηγορία η οποία πάντα θεωρείται παράγοντας ασθένειας. Αυτό συμβαίνει επειδή οι ιοί που προκαλούν ασθένειες, είναι και αυτοί που έχουν μελετηθεί.

Τι συμβαίνει όμως πραγματικά με όλους τους υπόλοιπους άγνωστους ιούς που δεν έχουν μελετηθεί; Αναφερόμαστε σε ιούς άγριων φυτών. Τα περισσότερα των άγριων φυτικών ειδών φέρουν ιούς χωρίς όμως αυτά να είναι άρρωστα. Μάλλον φαίνεται πως οι ιοί και τα φυτά ζουν μεταξύ τους σε αρμονία.

Φυτά μολυσμένα από ιούς ανταπεξέρχονται καλύτερα θερμικό στρες.

Φυτά μολυσμένα από ιούς υπέστησαν υδατικό στρες. Όλα τα φυτά που μολύνθηκαν από τους ιούς ήταν πολύ πιο ανεκτικά στην ξηρασία σε σχέση με τα υγιή. Τα φυτά περιλάμβαναν 10 διαφορετικά είδη και χρησιμοποιήθηκαν τέσσερις διαφορετικοί ιοί. Σε όλες τις περιπτώσεις, τα φυτά που μολύνθηκαν από τον ιό αντεπεξήλθαν καλύτερα στο υδατικό στρες. Οι αντοχή τους ήταν μεγαλύτερη σε συνθήκες ξηρασίας.

Επίσης, διαπιστώθηκαν περίπλοκες σχέσεις μεταξύ αλληλοεπιδρώντων οργανισμών.

Βρέθηκαν φυτά τα οποία ανέχονται πολύ υψηλές θερμοκρασίες εδάφους (46 ^oC ). Διαπιστώθηκε πως αυτά τα φυτά περιείχαν αποικίες ενός μύκητα ο οποίος μύκητας προσέδιδε αυτήν την ιδιότητα στο φυτό. Με μια περεταίρω έρευνα διαπιστώθηκε πως ο μύκητας αυτός περιείχε έναν ιό. Μόλις θεραπεύτηκε ο μύκητας, ο ιός ήταν ακόμη σε θέση να αποικίζει το φυτό αλλά είχαν εκλείψει οι ιδιότητες του φυτού όσον αφορά στην ανοχή του στις υψηλές θερμοκρασίες.

Περίπλοκες σχέσεις μεταξύ μικροοργανισμών που αξίζουν την προσοχή μας.

Αύξηση της απόδοσης καλλιέργειας βαμβακιού μέσω της χρήσης ωφέλιμων μικροοργανισμών

Ο αριθμός των ερευνητικών στοιχείων που αποδεικνύουν την αύξηση των αποδόσεων των καλλιεργειών μέσω της χρήσης ωφέλιμων μικροοργανισμών ολοένα και αυξάνεται.

Πειραματικά δεδομένα σε φυτά βαμβακιού

Τι ακριβώς όμως συμβαίνει και ποιο ρόλο αναλαμβάνουν σε αυτήν την περίπτωση οι μικροοργανισμοί για να έχουμε αυτά τα αποτελέσματα;

Ο τρόπος με το οποίο λειτουργούν οι ωφέλιμοι μικροοργανισμοί είναι περίπλοκος και διαφορετικά είδη αυτών είναι αλληλένδετα μεταξύ τους.

Πως τελικά τα μικρόβια βοηθάνε τις καλλιέργειες;

► Παραγωγή τοξινών, πρωτεϊνών καθώς και άλλων ουσιών που άμεσα βλάπτουν το στόχο

► Παραγωγή αντιβιοτικών ουσιών οι οποίες μπορούν και ρυθμίζουν την εδαφική ισορροπία

► Έμμεση καταστολή φυτοπαθογόνων οργανισμών μέσω της παραγωγής χηλικών παραγόντων σιδήρου, προκαλώντας έτσι συνθήκες έλλειψης του εν λόγω στοιχείου για τον φυτοπαθογόνο εργανισμό.

► Ενεργοποίηση του μηχανισμού άμυνας του φυτού μέσω της ενεργοποίησης των αντίστοιχων γονιδίων

► Βελτιώνουν τη διαθεσιμότητα και την πρόσληψη των θρεπτικών συστατικών

► Παράγουν αυξητικές ορμόνες όπως κυτοκινίνες και γιββερελλίνες, ουσίες που υποβοηθούν σημαντικά το φυτό να προσλάβει τα απαραίτητα για αυτό θρεπτικά συστατικά. Οι ουσίες αυτές, στην ουσία προάγουν τη ριζική ανάπτυξη.

Έχουμε ήδη αναφέρει κάποιες από τις σημαντικότερες λειτουργίες των ωφέλιμων μικροοργανισμών. Οι δυνατότητες είναι πολλές  καθώς πολλά πεδία έχουν παραμείνει ακόμη ανεξερεύνητα.

Λαμβάνοντας υπόψη τις δυνατότητες των μικροοργανισμών, τα αποδεδειγμένα αποτελέσματα της συμβατικής φυτοπροστασίας και θρέψης καθώς και τους έντονους και υπαρκτούς περιβαλλοντικούς προβληματισμούς, ίσως τα εκατομμύρια των αθέατων μικροβίων που μας περιβάλλουν μπορεί να αποτελέσουν μια ακόμη αγροτική επανάσταση και να διαδραματίσουν έναν περίπλοκο και κρίσιμο ρόλο στην ευημερία των φυτών.

Βιβλιογραφία

Singh, S., Singh, V., & Pal, K. IMPORTANCE OF MICRO ORGANISMS IN AGRICULTURE.

Pérez-García, A., Romero, D., & De Vicente, A. (2011). Plant protection and growth stimulation by microorganisms: biotechnological applications of Bacilli in agriculture. Current opinion in biotechnology, 22(2), 187-193.

Pereg, L., & McMillan, M. (2015). Scoping the potential uses of beneficial microorganisms for increasing productivity in cotton cropping systems. Soil Biology and Biochemistry, 80, 349-358.

Thakore, Y. (2006). The biopesticide market for global agricultural use. Industrial Biotechnology, 2(3), 194-208.

Babalola, O. O. (2010). Beneficial bacteria of agricultural importance. Biotechnology letters, 32(11), 1559-1570.