Найбільше біологічне й екологічне значення з мікробіоти мають безхлорофільні організми ґрунту, такі як бактерії, гриби, актиноміцети та найпростіші з них (інфузорії, амеби, корененіжки та ін.). З-поміж них дуже велике значення мають азотфіксуючі бактерії, оскільки задоволення потреб рослин в азоті – завдання значно складніше, ніж забезпечення їх потреб в інших мінеральних елементах.
При вирощуванні врожаїв, навіть на родючих ґрунтах потреба рослин в азоті задовольняється лише частково за рахунок його рухомих сполук у ґрунті (від 30 – 40 до 60 %). З ґрунту використовується лише 2 % від його загальних запасів. З атмосфери в рослини надходить достатньо азоту, але вони не можуть засвоювати вільний азот з повітря через неспроможність переборювати сили зчеплення атомів у його молекулі.
Саме з цієї причини величезні запаси азоту в атмосфері недоступні для рослин. Рухомі форми азоту в ґрунті, на жаль, також не повністю засвоюються рослинами.
Які є джерела надходження азоту?
Вважається, що одним із джерел надходження азоту в ґрунт є зв’язування атмосферного азоту мікроорганізмами. Які, на відміну від рослин, здатні окислювати молекулярний азот. Джерелом поповнення азоту в ґрунті є також мінеральні азотні добрива – продукт промислового зв’язування молекулярного азоту атмосфери.
Бактеріориза – симбіоз коренів вищих рослин із бульбочковими бактеріями, які зв’язують атмосферний азот і переводять його у доступні сполуки, збагачуючи при цьому ним рослину та ґрунт.
Корені сої (Glycine max; Soja hispida, Soja japonica), коров’ячий горох або вігна китайська (Vigna unguiculata), квасоля звичайна (Phaseolus vulgaris), горох (Pisum sativum), люцерна (Medicago sativa), конюшина або трилистник (Trifolium) вступають у симбіоз з бактеріями (наприклад, з родів Rhizobium та Bradyrhizobium) і утворюють бактеріоризу. Мікроорганізми входять до складу ризосфери, що оточують кореневу систему рослин.
Скупчення великої кількості бактерій у ризосфері пов’язане з виділенням коренями речовин, якими живляться ці мікроорганізми. Чисельність мікроорганізмів у ризосфері може в 50–100 разів перевищувати їх вміст у навколишньому ґрунті. В міру заглиблення її активність зменшується через погіршення повітряного режиму, перезволоження, вміст закисних форм заліза, алюмінію та ін. Сумарна маса всіх мікроорганізмів в орному шарі становить 6–10 т/га. Система «корінь – мікрофлора ризосфери» формується відразу після проростання насіння.
Хотілось би зупинитися на тому, що з метою адаптації до умов ґрунтового середовища, коренева система рослин може не лише змінювати морфологічні характеристики, а й впливати на ризосферні процеси. Це може відбуватися через регуляцію фізіологічної активності коренів, виділення органічних сполук (кислот, вуглеводів, ферментів та інших сигнальних молекул), вивільнення протонів або зміну окислювально-відновного потенціалу. Проте ріст коренів і ризосферні процеси позначаються на трансформації ґрунтових запасів елементів, їх мобілізації й ефективному використанні рослинами.
Як і де живуть бактерії?
Фактично, бактерії живуть в ґрунті, де вони стикаються з коренем Бобових (Fabaceae або Leguminosae) . Якщо він має необхідний набір генів, то може відбутися симбіоз. Бактерії входять до волокна кореню і надходять до центру клітин цього волокна. Скупчення та розмноження їх на коренях викликає гіпертрофічне розростання коркової паренхіми у вигляді бульбочок специфічної форми. Бульбочку формує бактеріальне гніздо, зв’язане з провідними тканинами кореня (флоемою і ксилемою). Бульбочкові бактерії здатні фіксувати атмосферний азот і перетворювати його в азотисті органічні сполуки, які під час мінералізації використовують рослини. Така взаємодія є симбіозом: бактерії беруть у рослини вуглеводи, а дають їм азотисті мінеральні сполуки.
Процес біологічної фіксації азоту
Процес біологічної фіксації молекулярного азоту прокаріотами – ґрунтовими мікроорганізмами-азотфіксаторами є важливим для збагачення ґрунтів азотом і має вирішальне значення для землеробства.
Азотфіксувальні мікроорганізми здатні щороку засвоювати з повітря від 40 до більш як 300 кг азоту на гектар. Цей азот не забруднює довкілля і не потребує значних енергетичних затрат на виробництво. Значущість процесу біологічної азотфіксації підтверджена фактом: у світовій практиці сільського господарства щороку в ґрунт з мінеральними добривами вносять 35 млн т азоту, тоді як за цей самий час рослини поглинають із ґрунту приблизно 75 млн. тонн цього елемента. Різницю між зазначеними величинами компенсує діяльність мікробів-азотфіксаторів, насамперед бульбочкових бактерій, що зв’язують молекулярний азот у легкозасвоювані для рослини форми.
Для високої біологічної активності ґрунту треба забезпечувати нейтральну або близьку до неї слабокислу чи слаболужну реакцію ґрунтового розчину, тому що більшість мікроорганізмів, особливо бактерії і деякі гриби, не розвиваються в кислому середовищі (при рН < 4,5 – 5,0). Також якщо порушена сівозміна, або поле вирощували у монокультурі, а фермер цього року планує вирощувати культури родини Бобові (Fabaceae або Leguminosae), потрібно провести обробку насіння інокулянтами (біологічні препарати, що використовують живі культури корисних для рослин мікроорганізмів). Вони дозволяють рослини забезпечити необхідними штамами для симбіозу, що у свою чергу підвищать кількість азоту та вміст білку.
Вплив макро-, мезо- і мікроелементів
В системі застосування мінеральних і органічних добрив у сівозміні будь-якої ґрунтово-кліматичної зони необхідний систематичний контроль за рівнем забезпечення грунту рухомими формами мікро- і макроелементів і вмістом їх у рослинах. Особливо це стосується бобових культур, які для активної азотфіксації і формування біомаси потребують набагато більше мікроелементів.
Слід зазначити, що азотні добрива у підвищених дозах затримують синтез і активність структурного комплексу нітрогенази — ключового ферменту біологічної азотфіксації.
- Аміак, що утворився у процесі азотфіксації, взаємодіє із кетокислотами, утворює первинні амінокислоти і аміди, синтез яких відбувається за участі низки ферментів. Надлишок нітратів, що надійшли в рослину, порушує нормальний метаболізм цього процесу і збалансування азотного циклу.
- За низького вмісту фосфору в середовищі проявляється зменшення проникнення бактерій у кореневі волоски. Разом з тим, окремі культури бульбочкових бактерій одного і того ж виду рослин потребують різної кількості фосфору для свого росту та розвитку.
- Калій займає важливе значення у житті бобових рослин. Нестача цього елементу призводить до розладу як азотного, так і вуглеводневого обміну. Калійне голодування послаблює приєднання фосфору до органічних сполук. Бобові культури, особливо такі як люпин і конюшина, на відміну від небобових, менш вимогливі до рівня рухомих фосфатів та обмінного калію в грунті. Для цієї групи культур необхідний інший критерій забезпечення грунтів фосфором і калієм та розрахунок доз фосфорних і калійних добрив на запланований врожай.
- Ріст коренів і надземних органів залежить від наявності кальцію у поживному середовищі. За нестачі цього елементу клітинні стінки ослизнюються, особливо сильно страждають стінки кореневих волосків, що перешкоджає інфікуванню бобових бульбочкових бактерій.
- За достатньої кількості кальцію і магнію у середовищі клітини – бульбочкових бактерій тривалий час зберігаються в активному стані. За активної участі магнію відбувається активізація ферментативного комплексу нітрогенази. Дефіцит магнію порушує розмноження бактерій і зменшує їх життєдіяльність.
- Для бобових рослин особливо важливими мікроелементами є молібден та бор. Нестача молібдену гальмує утворення бульбочок, порушується синтез вільних амінокислот та леггемоглобіну. За нестачі бору в бульбочках не формуються судинні пучки, і, як наслідок, порушується розвиток бактероїдної тканини. Для подолання та упередження можливого прояву дефіциту цих важливих елементів мінерального живлення у виробництві використовують мікродобрива при передпосівній обробці насіння та позакоренево – по листку.
Окрім зазначених вище елементів, необхідні й інші мікроелементи, такі як Cu, Zn, Mn. Вони беруть участь в окисно-відновних процесах, вуглеводневому і азотному обмінах, підвищують стійкість рослин до хвороб і несприятливих умов навколишнього природного середовища.
Мідь, цинк, марганець сприяють нагромадженню у рослинах органічних сполук фосфору і надходженню магнію. Марганець посилює процеси пересування фосфору від старіючих листків до молодих.
Тож розібравшись у всіх поняттях та процесах що відбуваються при формуванні кореня бобових культур ми можемо зробити висновок, що одних лише тепла та вологи та поживних елементів недостатньо для вирощування гарного врожайю.
Сподіваємось, що інформація, яку ми висвітили в цій статті була корисна для вас, та допоможе примножити врожай!
