در اینجا نیاز به توضیح روشی برای معرفی کارآمد فعال‌کننده‌های میکروبی به سیستم خاک و درک چگونگی تأثیر آن بر آزادسازی مواد مغذی و تعادل میکروبیوتای خاک و وضعیت خاک وجود دارد.
حاصلخیزی خاک در ریزوسفر تحت تأثیر ریشه گیاهان و گروهی از میکروارگانیسم های خاک است. این در نهایت بر رشد، عملکرد، ترکیب و کیفیت های تغذیه ای زیست توده گیاهی تولید شده تأثیر می گذارد. هر گیاهی با تأثیر بر خواص شیمیایی، فیزیکی و بیولوژیکی خود، محیط اطراف خود را به شیوه ای خاص شکل می دهد. گیاهان از طریق ترشحات و بقایای پس از برداشت ترکیبات شیمیایی مختلف، گروه های گیاهی و جانوری خاک را تحریک می کنند. محصولات جانبی متابولیسم میکروارگانیسم ها به عنوان محرک های زیستی عمل می کنند و باعث تحریک آزاد شدن مواد مغذی موجود در خاک به شکل غیرقابل دسترس می شوند که سیستم ریشه گیاه می تواند جذب کند. به نوبه خود، ریشه‌های گیاه با میکروارگانیسم‌ها تعامل می‌کنند و رشد، جذب مواد مغذی و محافظت در برابر مهاجمان زیستی مختلف گیاه را بهبود می‌بخشند. در همان زمان، مشخص شد که سطح کم مواد مغذی در ریزوسفر می‌تواند بافت‌های ریشه را تحریک کند تا ترشحات ترشح کنند که می‌تواند رشد میکروارگانیسم‌ها را تحریک کند. این به نوبه خود، در دسترس بودن مواد مغذی از دست رفته را افزایش می دهد.
ریشه‌های گیاهان حدود 11 تا 40 درصد از کربن ثابت شده با فتوسنتزی خود را در خاک تراوش می‌کنند که به عنوان ترشحات ریشه شناخته می‌شود. ترشحات ریشه و موسیلاژ به عنوان منابع تغذیه و مولکول های سیگنال برای میکروارگانیسم های خاک عمل می کنند و جمعیت میکروبی اطراف سیستم ریشه را تغییر می دهند. ترشحات ریشه می‌تواند از طریق فعالیت‌های زیست‌کشی انتخابی و/یا سیگنال‌دهی بر فعل و انفعالات ریزوسفر تأثیر بگذارد، علاوه بر این که منبع اصلی کربن برای میکروب‌های ریزوسفر است. مشاهده شده است که برهمکنش های ریزوسفر تحت تأثیر مواد قطبی و غیر قطبی قرار می گیرند. متابولیت‌های ثانویه غیرقطبی پیچیده‌تر، از جمله فلاونوئیدها، کومارین‌ها و بنزوکسازینوئیدها، علاوه بر متابولیت‌های اولیه قطبی مانند اسیدهای آلی و آمینه، تأثیر قابل‌توجهی بر باکتری‌های ریزوسفر دارند. از سوی دیگر، مکانیسم‌های میکروبی با حمایت از جذب مواد مغذی، سنتز هورمون رشد گیاه و کنترل زیستی پاتوژن به رشد گیاه کمک می‌کنند.
فعل و انفعالات بین ریشه و جامعه میکروبی نیز بر خواص فیزیکی و شیمیایی خاک اطراف تأثیر می گذارد. دینامیک مکانی و زمانی بر تعامل اجزای مختلف ریزوسفر تأثیر می‌گذارد و در نتیجه حلقه‌های بازخورد دینامیکی ایجاد می‌شود که محیط پیچیده ریزوسفر را با شیب‌های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی متفاوت از خاک توده حفظ می‌کند. به دست آوردن درک این اتصالات پیچیده ریزوسفری برای درک فرآیندهای بیوژئوشیمیایی موضعی و توسعه راه هایی برای افزایش عملکرد گیاه ضروری است.
این روابط پیچیده توسط شرایط فعلی فیزیکوشیمیایی حاکم در خاک، نوع گیاه و تنوع زیستی فلور خاک کنترل می شود. هر یک از ارکان ذکر شده در بالا اغلب مستقل از بقیه در نظر گرفته شده و می شود. بنابراین، سیستم خاک را باید مجموعه ای از این سه دانست تا به تعادل در سیستم خاک رسید و روابط الزام آور را به طور کامل درک کرد. جانوران خاک اغلب در زمینه توسعه پایدار در کشاورزی نادیده گرفته می شوند. با این حال، مشخص شده است که چگونه حرکت خاک به حاصلخیزی خاک کمک می کند، در هنگام تلاش برای توضیح اینکه چگونه فعالیت میکروبی ممکن است باعث رشد گیاه شود، معمولاً سه روش ذکر شده است:
- اصلاح سیگنال دهی هورمون گیاهی.
- جلوگیری یا رقابت با سویه‌های میکروبی بیماری‌زا؛
- افزایش فراهمی زیستی مواد مغذی موجود در خاک
مواد زائد زیستی به عنوان منبع مواد مغذی
کودهای زیستی به طور گسترده در سیستم های کشاورزی ارگانیک استفاده می شوند. با این حال، هنوز اطلاعات کمی در مورد مکانیسم های این فرآیند، به ویژه در محیط واقعی کشاورزی وجود دارد. برای مثال، انتخاب ارقام گیاهی، نوع «ضایعات»، تلقیح‌های میکروبی و روش ورود پایدار کودهای زیستی به سیستم خاک چگونه بر اثربخشی فرآیند تأثیر می‌گذارد؟ تمام ترکیبات پسماند پیشنهادی را می توان با استفاده از کودهای زیستی تحت تصفیه میکروبیولوژیکی قرار داد. در نتیجه، امکان آزادسازی مواد مغذی/ محرک های زیستی از ماتریس مواد زائد وجود دارد. موارد فردی به خوبی در ادبیات توضیح داده شده است، که نشان دهنده میکروارگانیسم ها و اثربخشی آنها است. با این حال، در بیشتر موارد، اینها توصیفی از نتایج آزمایشات آزمایشگاهی با استفاده از سویه های منفرد و یک نوع زباله است. در این زمینه، تحقیقات دقیق ضروری است، از جمله غربالگری سیستم‌های میکروارگانیسم‌هایی که به طور موثر مواد زاید را در سیستم‌های طبیعی حل می‌کنند، از جمله تغییرات در
روش معرفی میکروارگانیسم‌ها.
به عنوان مثال، تحقیقات روی کراتینازها و تخریب آزمایشگاهی پرها نشان داد که کراتین توسط یک آنزیم کراتیناز تجزیه نمی شود. فعالیت کراتینازها برای شکستن پیوندهای دی سولفیدی کافی نیست. فرآیندهای زیر – سولفیتولیز، پروتئولیز و دآمیناسیون – به عنوان عوامل بالقوه در تخریب کراتین شناسایی شده‌اند و روش‌های زیادی ارائه شده‌اند. برای درک مکانیسم اثر کراتینازها، تحقیقات بیشتری در مورد تخریب کراتین ضروری است . استفاده از بسیاری از سویه ها با هم ممکن است راهی موثر برای شکستن پرها باشد. در زمینه تخریب میکروبی، مشاهده شده است که کنسرسیوم‌های میکروبی یا میکروارگانیسم‌های ترکیبی، تأثیرات متمایزی نسبت به یک میکروب دارند. یک روش قابل مقایسه ممکن است برای انتخاب لکه های مناسب که به طور موثر زیست توده زباله را تجزیه می کند، اعمال شود.
فرمولاسیون های غنی از مواد مغذی از مواد زاید زیستی
ضرورت فعلی برای افزایش بهره وری محصول، حاصلخیزی خاک و کنترل آفات در کشاورزی پایدار، استفاده از منابع زیستی برای کاهش کاربرد محصولات مبتنی بر شیمیایی و اثرات مضر مربوط به آنها بر محیط زیست است. تفاله های هدر رفته قهوه، بستر قارچ هدر رفته، کاه شلتوک، کنجاله خون، بیوچار و سایر مواد زائد زیستی مهم برای مسیرهای متابولیک گیاه، افزایش تعامل میکروبی، و ارتقای مقاومت میزبان و در عین حال مهار کلونیزاسیون پاتوژن ضروری شناخته شده اند. این ویژگی ها از استفاده بالقوه از ترکیبات غنی از مواد مغذی به عنوان آفت کش ها و کودهای زیستی کارآمد پشتیبانی می کند.
اصطلاح “کود زیستی خاک” به میکروارگانیسم هایی اطلاق می شود که خاک را با مواد مغذی و بسترهای کربنی از جمله باکتری ها، قارچ ها، جلبک ها و سیانوباکتری ها غنی می کنند.
رایج‌ترین و پرمصرف‌ترین کودهای زیستی کودهای سبز هستند که شامل مکمل‌های سیانوباکتری و فرمولاسیون‌های زیستی باکتری‌هایی مانند Azotobacter sp.، Azospirillum sp.، Trichoderma sp.، و قارچ میکوریزی آربوسکولار (AMF) می‌شود. کشاورزان معمولاً از کودهای آلی مانند بقایای گیاهی، بقایای ورمی کمپوست، کود دامی و سایر بسترهای زباله، علاوه بر کودهای زیستی میکروبی استفاده می کنند. از تخمیر حالت جامد برای ایجاد یک کود زیستی استفاده شد که متعاقباً در باغ سبزیجات اعمال شد. ویژگی های فیزیکی نمونه های گیاهی تیمار شده با کودهای زیستی به طور مثبت توسط نتایج آزمایش نشان داده شد. دو روش اصلی که از پتانسیل متابولیک جمعیت باکتری های گرمادوست و تجزیه کننده استفاده می کنند، کمپوست سازی و هضم بی هوازی (AD) است. جوامع میکروبی بومی آنزیم هایی دارند که از فرآیندهای زیستی پشتیبانی می کنند که زباله های کشاورزی را به کودهای زیستی تبدیل می کند.
میکروارگانیسم ها
اجرای مفروضات کشاورزی پایدار در اتحادیه اروپا مستلزم توجه بیشتر به اثرات مفید استفاده از محرک‌های زیستی است، که طبق تعریف، خود مواد مغذی را فراهم نمی‌کنند اما امکان دستیابی به پارامترهای بهتر محصول را با کاهش قابل توجه کوددهی با کودهای شیمیایی فراهم می‌کنند. اگرچه اصطلاح “Biostimulant” به یکی از ویژگی های دائمی ادبیات علمی و حرفه ای تبدیل شده است، اما اولین بار تنها در سال 2007 مورد استفاده قرار گرفت. پیش از این، از اصطلاحاتی مانند موادی استفاده می‌شد که در مقادیر کم، رشد گیاه را افزایش می‌دهند، «محصولات حاوی هورمون» یا تقویت‌کننده‌های متابولیک. با این وجود، در طول سالیان متمادی، اصطلاح “بیوستمولانت” بیشتر در نشریات علمی مورد استفاده قرار گرفته است، که طیف گسترده‌تری از ترکیبات و مکانیسم‌های عمل را در بر می‌گیرد.
در حال حاضر، محرک‌های زیستی به پنج کلاس طبقه‌بندی می‌شوند:
1- جلبک‌های دریایی و عصاره‌های گیاهی.
2- مواد هیومیک؛
3- پروتئین های هیدرولیز شده و ترکیبات حاوی نیتروژن.
4- میکروارگانیسم ها.
5- ترکیبات معدنی با عملکرد محرک زیستی.
افزایش اهمیت آنها در عمل کشاورزی عمدتاً بر اساس خواص بسیار مطلوب آنها است که نه تنها به کیفیت محصول و بهبود عملکرد در شرایط تنش مربوط می شود ، بلکه به کاهش بار منفی بر محیط طبیعی نیز مربوط می شود. با کاهش نیاز به استفاده از کودهای مصنوعی، به تغییر قانون کود دهی کمک کرد.
محرک‌های زیستی در مقررات جدید (EU) 2019/1009 پارلمان و شورای اروپا که در 5 ژوئن 2019 منتشر شد، گنجانده شده‌اند. همچنین بین میکروارگانیسم‌ها و حذف آنها از مقررات تمایز قائل می‌شود. در حال حاضر، کالاهای زیر در چارچوب مقررات اتحادیه اروپا در مورد محصولات کود قرار دارند: 1. کود 2. مواد آهک سازی 3. بهبود دهنده خاک 4. محیط رشد 5. بازدارنده 6.محرک زیستی گیاهی. (الف) محرک زیستی گیاهی میکروبی؛ (ب) محرک زیستی گیاهی غیر میکروبی؛ 7.ترکیب محصول کود دهی.
طبق قوانین اتحادیه اروپا فوق الذکر، محرک زیستی گیاهی به هر ماده ای گفته می شود که فرآیند تغذیه گیاه را بدون توجه به محتوای غذایی آن، با هدف صریح تقویت یک یا چند ویژگی زیر گیاه یا ریزوسفر آن افزایش می دهد: 1.کارایی در استفاده از مواد مغذی؛ 2. توانایی مقاومت در برابر استرس غیر زنده 3. ویژگی های کیفیت بالا 4. دسترسی به مواد مغذی محدود در خاک یا ریزوسفر. به عبارت دیگر، این گروه از فرآورده هایی است که رشد گیاه را بهبود می بخشد اما خود مواد مغذی را تامین نمی کند. محرک‌های زیستی به دلیل وجود موادی مانند میکروارگانیسم‌های مفید خاک و فیتوهورمون‌هایی مانند اکسین‌ها، سیتوکینین‌ها یا اسیدهای آمینه از فرآیندهای طبیعی در بافت گیاه پشتیبانی می‌کنند. در این دسته از ترکیبات/مواد، گروهی از محصولات به نام کودهای زیستی را تشخیص می دهیم.
کودهای زیستی میکروبی از سلول‌های میکروارگانیسم مفیدی تشکیل شده‌اند که با ریزوسفر یا اندوسفر گیاهان تعامل دارند و توانایی رشد گیاه را دارند. آنها از عناصری که قبلاً در خاک یافت شده اند برای تأمین موادی استفاده می کنند که باعث رشد گیاه می شود. آنها با تشویق جذب مواد مغذی و در نهایت افزایش بهره وری، حاصلخیزی خاک را افزایش می دهند. محصولات تجاری زیادی وجود دارد که با استفاده از میکروارگانیسم های منتخب خاک فرموله شده اند که هدف اصلی آنها افزایش دسترسی به مواد مغذی است. علاوه بر این، برخی از آماده‌سازی‌ها حاوی محرک‌های زیستی رشد هستند که مقاومت تنش‌های زیستی و غیرزیستی را افزایش می‌دهند، اگرچه خود مواد مغذی را تامین نمی‌کنند.
مروری بر اشکال مختلف فرمولاسیون میکروبی
فناوری فرمولاسیون میکروبی
یک مانع مهم در اکولوژی خاک، جمعیت میکروبی خاک متنوع و پویا است که در ترکیبات بین بخش ها و لایه های مختلف متفاوت است. اثرات احتمالی تلقیح بر محیط زیست هرگز مورد توجه قرار نگرفت. تلقیح حداقل باعث اختلال موقتی در تعادل جوامع میکروبی خاک می شود زیرا تراکم زیادی از میکروارگانیسم های موثر و زنده را برای استعمار سریع ریزوسفر میزبان فراهم می کند.
اگر گونه‌های بومی مهم ناپدید شوند، ممکن است با تغییر میکروبیوتا و ایجاد تغییرات نامطلوب بر برداشت‌های آینده تأثیر منفی بگذارد. با این حال، درجه تنوع و فعل و انفعالات بین گیاه، خاک و میکروبیوتا ممکن است به عنوان یک بافر در برابر تغییرات ناشی از تلقیح در ساختار جمعیت میکروب عمل کند . از آنجایی که چندین گونه باکتری ممکن است وظایف یکسانی را انجام دهند، افزونگی باکتری ممکن است از دست دادن گونه‌های خاص از اختلال در عملکرد سیستم جلوگیری کند . فرمول‌های میکروبی جایگزین مناسبی برای ورودی‌های شیمیایی هستند، زیرا تلقیح‌های میکروبی از نظر اکولوژیکی خوش‌خیم یا “دوستانه با محیط زیست” هستند. آنها می توانند عوامل بیوکنترل میکروبی، کودهای زیستی یا محرک های گیاهی باشند. علف‌کش‌های زیستی را می‌توان از باکتری‌های طبیعی که از محیط طبیعی خود جدا شده و روی گیاهان اسپری شده‌اند نیز تهیه کرد. مقادیر نسبتاً زیادی از سلول های میکروبی به محیط رقابتی خاک اضافه می شود تا از تلقیح های میکروبی استفاده شود . انواع مختلفی از میکروارگانیسم ها مورد بررسی قرار گرفته اند و اغلب به عنوان آنتاگونیست میکروبی استفاده می شوند. کشف گونه‌های جدید، انتخاب و تقویت سویه‌های تثبیت‌شده، و معرفی ژن‌های غیربومی برای به دست آوردن محصولات بیان‌شده یا ویژگی‌های عملکردی جدید، همگی به پیشرفت‌های اخیر در میکروبیولوژی کلاسیک کمک کرده‌اند. ما به این شاخه پیچیده و مفید از میکروبیولوژی به عنوان پیشرفت های تکنولوژیک در میکروبیولوژی اشاره می کنیم . حامل های آلی و معدنی مختلف در شکل گیری جدایه های میکروبی با استفاده از تکنیک های فرمولاسیون مایع یا جامد استفاده می شود. آنها توسط خاک و محلول پاشی، تیمار بذر، بیوپایمینگ، غوطه ور شدن گیاهچه، یا ترکیبی از سویه ها به عنوان تلقیح یا کنسرسیوم استفاده می شوند.
تلقیح های تکی
امروزه طیف گسترده ای از میکروارگانیسم های منفرد به عنوان تلقیح میکروبی به فروش می رسند. چندین قارچ بیماری زا برای حشرات نیز به عنوان عوامل کنترل مورد استفاده قرار می گیرند، از جمله Beauveria، Metarhizium، Verticillium و Paecilomyces. این ها بیشتر در گلخانه ها و مکان های دیگر با رطوبت نسبتاً بالا برای مبارزه با کرم های برگ استفاده می شوند. گونه های متعددی از بندپایان به اثرات Beauveria bassiana حساس هستند. هنگام استفاده از آماده سازی هاگ قارچ، اثربخشی درمان های میکروبیولوژیکی قارچ به طور قابل توجهی تحت تأثیر پارامترهای محیطی، از جمله دما و رطوبت است. با این حال، ایجاد عفونت ممکن است باعث شود حشرات مدت‌ها قبل از اعمال کنترل‌های شیمیایی بمیرند. هم تأثیر بر گونه های غیر هدف و هم احتمال ایجاد مقاومت به طور قابل توجهی کمتر است. هاگ ها اغلب به کوتیکول های حشرات می چسبند، جوانه می زنند و در تماس با آنها نفوذ می کنند. به طور طبیعی، طیف وسیعی از سموم و مولکول هایی که باعث تغییرات یا اصلاحات رفتاری می شوند، توسط چندین قارچ حشره پاتوژن Cordycipitales ، Trichocomaceae و غیره آزاد می شوند. چندین لارو حشره Lepidopteran به طور موثر توسط قارچ کنترل شده اند C. F. Von Tubeuf اولین کسی بود که در سال 1914 عبارت “کنترل بیولوژیکی” را به عنوان یک جنبه قابل اجرا در مدیریت بیماری های گیاهی ایجاد کرد. از آن زمان، کشف شد که انواع عوامل کنترل زیستی در مدیریت بیماری های گیاهی بسیار موفق هستند. سانفورد کشف کرد که فعالیت های متضاد کود سبز باعث مهار دلمه سیب زمینی می شود Weindling نشان داد که Trichoderma lignorum یک انگل در تعدادی از بیماری های گیاهی است. گروسبارد ، رایت و دیگران نشان دادند که گونه های پنی سیلیوم، آسپرژیلوس، تریکودرما و استرپتومایسس آنتی بیوتیک ها را در خاک تولید می کنند. کلوپر نشان داد که سیدروفورهای تولید شده توسط Erwinia carotovora چقدر مهم هستند. هاول سویه های P و Q از Trichoderma sp را گزارش کرد. . سوسپانسیون کلامیدوسپورهای Phytophthora palmivora اولین علف کش تجاری ثبت شده بود که برای کنترل Morrenia odorata استفاده شد.
چندین میکروارگانیسم مانند Trichoderma harzianum، Pseudomonas fluorescens، و Bacillus subtilis
می توانند بسیاری از قارچ های محلول پاشی و خاک را کنترل کنند، به عنوان مثال، Fusarium spp.، Rhizoctonia solani، Pythium spp. rolfssi، و Sclerotium سبزیجات. و محصولات صنعتی . هدف تریکودرما تولید سویه‌های مایکوپرازیتی است که در کنترل بیماری‌های قارچی گیاهان در محیط‌های مختلف کارآمد هستند . کشف شد که برخی از گونه‌های باسیلوس به سطح ریشه نفوذ می‌کنند، رشد گیاه را تقویت می‌کنند و میسلیوم‌های قارچی را وادار به لیز می‌کنند .
از آنجایی که سلول‌های B. subtilis می‌توانند هاگ‌های خفته تولید کنند که در محیط‌های سخت مقاومت می‌کنند، آماده‌سازی و نگهداری آنها ساده است . علاوه بر این، B. subtilis طیف وسیعی از مواد فعال فیزیولوژیکی را تولید می کند که طیف وسیعی از اقدامات را در برابر پاتوژن های گیاهی نشان می دهد و توانایی ایجاد مقاومت سیستمیک در میزبان را دارد . همچنین نشان داده شده است که تعدادی از سویه های B. subtilis قادر به ایجاد ساختارهای چند سلولی یا بیوفیلم هستند . این ویژگی‌های سودمند، B. subtilis را به یک نامزد احتمالی برای استفاده به عنوان یک عامل کنترل بیولوژیکی تبدیل می‌کند. بر اساس گزارش ها، سویه های خاصی از B. subtilis می توانند بیماری پژمردگی ناشی از گونه های Ralstonia را با موفقیت کنترل کنند. در انواع میزبان های گیاهی. در محیط‌های کشاورزی، باکتری‌ها، میکوریزا و سایر قارچ‌ها همگی ممکن است به تقویت رشد و در عین حال کنترل زیستی کمک کنند. این موجودات ممکن است به عنوان عوامل کنترل زیستی عمل کنند، آسیب عوامل بیماری زا را به گیاهان به حداقل برسانند، یا ممکن است سطح هورمون های گیاهی حیاتی مانند اکسین و اتیلن را تغییر دهند. آنها همچنین ممکن است به گیاه در بدست آوردن منابع لازم مانند آهن، فسفات، نیتروژن یا آب کمک کنند . جنس های Rhizobium، Sinorhizobium، Mesorhizobium، Bradyrhizobium، Azorhizobium و Allorhizobium شامل موثرترین سویه های تثبیت کننده N هستند . Pochonia chlamydosporia و P. fluorescens می توانند به طور موثر بیماری های ناشی از نماتدها را کنترل کنند . پیشرفت های قابل توجهی در توسعه و توزیع بیونماتیک در سال های اخیر انجام شده است . مواد شیمیایی Avermectin که متابولیت‌های ثانویه باکتری Streptomyces avermitilis هستند، به عنوان آفت‌کش‌های مدل عمل می‌کنند، زیرا در برابر نماتدها حتی در دوزهای بسیار کم مؤثر هستند و برای پستانداران مضر نیستند. بنابراین، نماتدها و لاروهای بالغ، مانند Radopholus similis، Meloidogyne incognita و Ditylenchus dipsaci، با قرار گرفتن در معرض فیلترهای کشت های Bacillus firmus، بی حرکت می شوند و می میرند. این نشان می دهد که تولید ترکیبات خطرناک در مدیریت این آفات نقش دارد .
تلقیح همزمان
تغییرات گزارش شده در این زمینه ممکن است تا حدودی با این واقعیت توضیح داده شود که اغلب تلقیح ها اغلب به تجویز یک سویه تکیه می کنند. افزودن بسیاری از گونه ها یا سویه های میکروبی مفید به یک مخلوط میکروبی یک روش برای غلبه بر این مشکل است.
بدون نیاز به مهندسی ژنتیک، تلقیح همزمان راه های زیادی را برای بهبود عملکرد گیاه و اثربخشی و قابلیت اطمینان اثرات مفید بر محصولات کشاورزی ترکیب می کند . به منظور بهبود تولید گیاه و پارامترهای فیزیولوژیکی و تنظیم سلامت گیاه، تلقیح همزمان عوامل کنترل زیستی و بیوفیتومیلاتورها به عنوان یک استراتژی سودمند در نظر گرفته می شود. با استفاده از انواع روش‌های عمل، استفاده از میکروب‌های متمایز می‌تواند دامنه فعالیت کنترل زیستی را افزایش دهد، کارایی و قابلیت اطمینان را در سرکوب بروز بیماری بهبود بخشد و رشد گیاه را بدون نیاز به استفاده از تکنیک‌های مهندسی ژنتیک ارتقا بخشد . خاک حاوی تعداد نامحدودی میکروب از جمله موجودات مضر است. جداسازی و ارزیابی چندین میکروب مفید با روش‌های مختلف عمل در مورد کنترل بیولوژیکی و ارتقای رشد گیاه یک حوزه تحقیقاتی نوظهور است. معرفی میکروب‌های مفید جدا شده از اکوسیستم خاک، وضعیت طبیعی را نشان می‌دهد و می‌تواند جایگزین میکروب‌های مضر در صورت استفاده در سطوح بالاتر تلقیح شود.
علاوه بر این، استفاده از مخلوط‌هایی از کشت‌های میکروبی مفید، کارایی و قابلیت اطمینان مدیریت سلامت گیاه را افزایش می‌دهد.
با این حال، مخلوط‌های خاصی از سویه‌های میکروبی بر سرکوب عفونت پاتوژن و ارتقای رشد گیاه تأثیر منفی می‌گذارد. علاوه بر این، تلقیح‌هایی که از بسیاری از قارچ‌های AM (Arbuscular Mycorrhiza) تشکیل شده‌اند، می‌توانند ایجاد شوند. به عنوان مثال، نشان داده شده است که قارچ AM Funneliformis mosseae می تواند به طور سیستماتیک عفونت بیماری در جو ناشی از Gaeumannomyces graminis var را کاهش دهد. tritici. Thygesen و همکاران یک مقاومت بالقوه ناشی از میکوریزا را در برابر توانایی پاتوژن Aphanomyces euteiches در ایجاد پوسیدگی ریشه گلابی کشف کردند. علاوه بر این، تفاوت در سطح القای تحمل بین دو قارچ AM مورد استفاده، Glomus claroideum و G. intraradices مشاهده شد. عبدالفتاح و همکاران گزارش دادند که هم در آزمایش‌های گلخانه‌ای و هم در مزرعه، تیمار با ترکیبی از قارچ‌های AM (Glomus intraradices، G. mosseae، G. clarum، Gigaspora margarita و G. gigantea) به طور موثر بیماری ریشه سفید در پیاز ناشی از Sclerotium را کاهش داد. cepivorum.
کنسرسیوم میکروبی
از آنجایی که باکتری ها به صورت مجزا در محیط طبیعی وجود ندارند، گروهی از باکتری ها ممکن است برای ترویج رشد گیاه مفیدتر از یک باکتری منفرد باشند .
با این حال، توسعه کنسرسیوم های باکتریایی و ترکیب آنها کار دشواری است زیرا اعضای مخلوط باکتری باید با یکدیگر سازگار باشند. باکتری های انتخاب شده برای کنسرسیوم باکتری باید با شرایط نامطلوب موجود در مزارع کشاورزی سازگار بوده و دارای ظرفیت های متنوعی برای ارتقاء رشد گیاه و انجام اصلاح زیستی باشند. احتمال بیشتری وجود دارد که یک باکتری در ترکیب باکتری بیان ژن عملکردی مورد نیاز برای ارتقای رشد گیاه را انجام دهد، که دلیل مهم دیگری است که چرا کنسرسیوم های باکتری ممکن است بهتر از فرمولاسیون های تک باکتری عمل کنند .
چندین مطالعه نشان داده اند که یک سویه نمی تواند به طور کامل آلاینده ها را تجزیه کند. از آنجایی که سویه های مختلف دارای مسیرهای متابولیکی متنوعی هستند، باکتری هایی که قابلیت کاهش متفاوتی دارند با هم ترکیب می شوند و کنسرسیوم میکروبی ممکن است مزایای هر سویه را برای اطمینان از تخریب موثر آلاینده ها ترکیب کند . کنسرسیوم های میکروبی مخلوط عملکرد بالایی در تحمل بستر و افزایش تجزیه آلاینده ها نشان دادند. کنسرسیوم میکروارگانیسم ها از کشت های تک سویه بهتر عمل می کنند. کنسرسیوم میکروبی تأثیرات آشکاری را در تخریب آلاینده ها نشان داد . برخی از سویه های میکروبی مربوطه جدا شده از فلور روده و فلور طبیعی دارای پتانسیل ذاتی برای تجزیه آلاینده ها هستند . مشخص شده است که لاکتوباسیل ها، اکتینو باکتریا، سودوموناس، کلستریدیوم، سالمونلا و E. coli دارای توانایی ذاتی در تجزیه آلاینده ها هستند . این سویه ها برای پاکسازی زیستی آلاینده ها مناسب هستند . کنسرسیوم میکروبی به یک ابزار حیاتی تبدیل شده است زیرا آلاینده ها را به طور موثرتری نسبت به یک سویه کاهش می دهد . پاکسازی زیستی اغلب توسط یک کنسرسیوم میکروبی به جای گونه های فردی در محیط طبیعی انجام می شود و گونه ها یا گونه های مختلف وظایف عملکردی مجزایی را انجام می دهند. کشت مشترک کنسرسیوم میکروبی موثرتر از باکتری‌های منفرد است، آلاینده‌ها را سریع‌تر از بین می‌برد و ممکن است به طور قابل‌توجهی تخریب زیستی آلاینده‌ها را در خاک افزایش دهد .
با در نظر گرفتن هر دو دیدگاه اقتصادی و زیست‌محیطی، استریل کردن زباله‌های زیست توده عملی نیست. بنابراین، تحقیقات در علوم کاربردی کنسرسیوم های میکروبی مصنوعی (SMC) باید بر شرایط غیر استریل متمرکز شود. با این حال، ساختار میکروبی بومی در ضایعات زیست توده پیچیده و متغیر است، به ویژه در پردازش پیوسته یا نیمه پیوسته که در آن افزودن مداوم بستر به طور قابل‌توجهی بر ساختار جامعه میکروبی موجود تأثیر می‌گذارد. این مستلزم الزامات بالاتر برای استحکام و مقاومت SMC در برابر اغتشاشات است. روش های بیحرکتی ممکن است این مشکل را کاهش داده یا ریشه کن کنند. علاوه بر این، تجاری سازی، که مزایای قابل توجهی را در حفظ فعالیت میکروبی در طول ذخیره سازی و حمل و نقل SMC ارائه می دهد، به بی حرکتی نیز بستگی دارد.
کاربرد خاک
هنگامی که عوامل کنترل زیستی (BCAs) در برابر خشک شدن بیش از حد آسیب پذیر هستند، که معمولاً در طول خشکسالی و آب و هوای گرم اتفاق می افتد، تصفیه خاک توصیه می شود . BCA ها با ایجاد یک جمعیت قوی در خاک، بیماری را کنترل می کنند. در این موقعیت‌ها، حذف طاقچه نیز مطرح می‌شود، زیرا افزایش مقدار میکروارگانیسم‌های تازه معرفی‌شده مانع از دسترسی پاتوژن‌های خاک و سایر میکروفلورهای کم‌منافع به مواد مغذی حیاتی می‌شود . هم میکروارگانیسم‌های مفید و هم بیماری‌زا در خاک ذخیره می‌شوند و افزودن تلقیح‌های میکروبی به خاک، پویایی جمعیت آنتاگونیست باکتریایی افزایش یافته را تقویت می‌کند و از گسترش میکروب‌های بیماری‌زا به محل‌های عفونت جلوگیری می‌کند. چندین گونه از تریکودرما با استفاده از ناقل‌ها و چسباننده‌های سلولزی و همچنین روش‌های پوشش لایه نازک معاصر به طور گسترده سنتز شده و به مناطق ریزوسفر نهال‌ها وارد شده‌اند تا از بیماری‌های منتقله از خاک، از جمله Pythium ultimum و Rhizoctonia solani محافظت کنند. با این وجود، محدودیت اولیه قارچ ها به عنوان پوشش بذر همچنان ادامه دارد. از این رو، آنها نسبت به عوامل باکتریایی کمتر قادر به نفوذ به ریزوسفر هستند . چندین تلاش برای معرفی بسترهای طبیعی مستعمره شده توسط آنتاگونیست های پاتوژن در خاک به منظور مدیریت تعدادی از بیماری های منتقله از خاک انجام شده است . علیرغم استفاده از محلول های آبی پراکنده های عامل زیستی برای تلقیح خاک، توزیع عوامل زیستی در خاک ممکن است یکنواخت نباشد. بانکول و آدبانجو به این نتیجه رسیدند که استفاده از تلقیح خاک Trichoderma viride به طور قابل توجهی سطح آلودگی را در دانه های لوبیا چشم بلبلی آلوده به Colletotrichum truncatum (لکه قهوه ای) کاهش داد. استفاده از Trichoderma harzianum در خاک به طور موثر پوسیدگی ساقه بادام زمینی را که توسط Sclerotium rolfsii ایجاد می شود، کنترل می کند . پژمردگی گل داوودی توسط یک خیسانده آبی حاوی کنیدی T. harzianum که از حمله مجدد Fusarium oxysporum جلوگیری می کند، مهار شده است. Weststeijn کشف کرد که تلقیح خاک با سوسپانسیون سودوموناس با غلظت 108 سلول در هر گرم خاک خشک قبل از کاشت پیاز، پوسیدگی ریشه در درختان لاله ناشی از Pythium ultimum را کاهش داد. کشف شد که استفاده از سویه N24 سودوموناس سپاسیا در بستر بذر به میزان 500 میلی لیتر در متر مربع در گلخانه باعث کاهش بیماری پژمردگی در آفتابگردان شد.
چالش ها و محدودیت ها در فناوری فرمولاسیون میکروبی
محدودیت ها و چالش ها در فناوری فرمولاسیون میکروبی با استفاده از پتانسیل میکروارگانیسم های مفید خاک برای تولید کودهای زیستی که عملکرد گیاهان را بهبود می بخشد، در سال های اخیر مورد توجه قرار گرفته است. اگرچه این استراتژی موفقیت های زیادی را به خود دیده است، اما بدون مشکل و محدودیت نیست. یکی از موانع اصلی مشکل در بازتولید اثرات مفید آنها بر گیاهان در مزرعه تحت شرایط محیطی دائما در حال تغییر است. علاوه بر این، جوامع کشاورزی باید بیشتر از اهمیت اکولوژیکی این فرمول‌های میکروبی و همچنین روش‌های علمی استفاده از آنها در این زمینه آگاه شوند. برای ارتقای پذیرش و اجرای موثر آنها، ابتکارات آموزشی و اطلاع رسانی ضروری است. ممکن است مسائل اخلاقی نیز وجود داشته باشد، به خصوص اگر در این ترکیبات از میکروب های دستکاری شده ژنتیکی یا گونه های غیر بومی استفاده شود. پذیرش چنین تکنیک هایی ممکن است به طور قابل توجهی تحت تأثیر پذیرش جامعه از آنها باشد. علاوه بر این، جمعیت میکروب طبیعی خاک موجود در حال حاضر ممکن است موانع قابل توجهی را برای کاربرد مؤثر این تلقیح‌ها ایجاد کند. مشخص نیست که کودهای زیستی میکروبی در انواع و شرایط مختلف محصول عملکرد ثابتی داشته باشند. ممکن است انتخاب کارآمدترین سویه های میکروبی برای یک محیط کشاورزی معین دشوار باشد. علاوه بر این، پارامترهای دیگر، از جمله نوع خاک، دما، pH و محتوای رطوبت، ممکن است بر میزان مؤثر بودن این سویه‌ها تأثیر بگذارند. ماندگاری کوتاه آماده سازی میکروبی یکی دیگر از اشکالات آن است. میکروب‌های موجود در این فرمول‌ها ممکن است با گذشت زمان کمتر زنده شوند، که می‌تواند کارایی آنها را در این زمینه کاهش دهد. کنترل کیفیت دقیق در طول تولید برای حفظ یکنواختی و کارایی این محصولات ضروری است. مطالعات روی کودهای زیستی تجاری مشکلاتی را در زمینه آلودگی و وجود سویه های باکتریایی ناخواسته نشان داده است. به عنوان مثال، هرمان و لسوئور 65 کود زیستی تجاری را تجزیه و تحلیل کردند و دریافتند که تنها 37 درصد از این محصولات دارای شرایط لازم برای برچسب زدن به عنوان “خالص” هستند. از سوی دیگر، 63 درصد از کودهای زیستی که مورد ارزیابی قرار گرفتند، علائم آلودگی از یک یا چند گونه باکتری را نشان دادند. علاوه بر این، مشخص شد که 40 درصد از اقلام مورد آزمایش شامل ناخالصی و فاقد سویه های تعیین شده به طور کامل است. محدودیت های دیگر عبارتند از فقدان حامل های مناسب برای این فرمول ها، امکانات ذخیره سازی ضعیف برای جلوگیری از عفونت، و اثربخشی غیرقابل پیش بینی به دلیل آب و هوای سخت. فقدان اطلاعات مهم برچسب‌گذاری، مانند تاریخ انقضا و هویت میکروارگانیسم‌های مورد استفاده در تولید، ممکن است اعتبار استفاده از کودهای زیستی را مورد تردید قرار دهد. انتخاب پذیری در فرآیندهای اکثر کودهای زیستی سازگاری آنها را با آفت کش ها یا کودهای شیمیایی خاص محدود می کند و به طور بالقوه بر کنترل یکپارچه آفات یا برنامه های مدیریت مواد مغذی تأثیر می گذارد. برای غلبه بر این موانع و محدودیت ها برای دانشمندان، متخصصان کشاورزی و سیاست گذاران ضروری است که با هم کار کنند و تحقیق و توسعه مداوم را انجام دهند. برای ترویج شیوه‌های کشاورزی پایدار، بررسی و سرمایه‌گذاری بر روی مزایای احتمالی فرمول‌های میکروبی و در عین حال رفع فعال معایب آنها ضروری است.