Załącznik 2 dr inż. Justyna Starzyk Autoreferat Katedra Mikrobiologii Ogólnej i Środowiskowej Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu Poznań 2015 r.
dr inż. Justyna Starzyk Poznań, 3.08.2015 r. Katedra Mikrobiologii Ogólnej i Środowiskowej Wydział Rolnictwa i Bioinżynierii Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu Autoreferat Przebieg pracy zawodowej, opis dorobku oraz osiągnięć naukowobadawczych 1. Imię i nazwisko: Justyna Starzyk (nazwisko panieńskie Klama) 2. Posiadane dyplomy, stopnie naukowe - magister inżynier, 1998, Wydział Rolniczy, Akademia Rolnicza w Poznaniu - doktor nauk rolniczych w zakresie agronomii, 2002, Wydział Rolniczy, Akademia Rolnicza im. A. Cieszkowskiego w Poznaniu Tytuł rozprawy doktorskiej: Badania nad bakteriami z rodzajów Herbaspirillum i Acetobacter Promotor: prof. dr hab. Aleksandra Sawicka Recenzenci: dr hab. Cezary Mądrzak, prof. nadzw. doc. dr hab. Maria Król 3. Informacje o dotychczasowym zatrudnieniu w jednostkach naukowych - 1.10.2001 31.01.2003, asystent w Katedrze Mikrobiologii Rolnej, Akademia Rolnicza im. A. Cieszkowskiego w Poznaniu - 1.02.2003 - do chwili obecnej, adiunkt w Katedrze Mikrobiologii Ogólnej i Środowiskowej, Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu 2
4. Osiągnięcie naukowe, o którym mowa w art. 16 ust. 2 ustawy z dnia 14 marca 2003 r. o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki (Dz. U. nr 65, poz. 595 ze zm.) a) Tytuł osiągnięcia naukowego jednotematycznego cyklu publikacji pod wspólnym tytułem: Wybrane aspekty zastosowania preparatu Efektywne Mikroorganizmy w produkcji roślinnej oraz w procesach kompostowania b) Wykaz publikacji wchodzących w skład osiągnięcia naukowego 1. Klama J., Jędryczka M., Wiśniewska H., Gajewski P. 2010. Ocena stopnia rozwoju oraz kondycji fizjologicznej ozimych roślin pszenicy i rzepaku w uprawie z zastosowaniem Efektywnych Mikroorganizmów. Nauka Przyroda Technologie, 4(6), #81. 6 pkt. wg MNiSW 2. Frąszczak B., Kleiber T., Klama J. 2012. Impact of Effective Microorganisms on yields and nutrition of sweet basil (Ocimum basilicum L.) and microbiological properties of the substrate. African Journal of Agricultural Research, 7(43), 5756-5765. 15 pkt. wg MNiSW IF 0,263 3. Kleiber T., Starzyk J., Bosiacki M. 2013. Effect of nutrient solutin, Effective Microorganisms (EM-A), and assimilation illumination of plants on the induction of the growth of lettuce (Lactuca sativa L.) in hydroponic cultivation. Acta Agrobotanica, 66(1), 27-38. 8 pkt. wg MNiSW 4. Starzyk J., Jakubus M., Swędrzyńska D. 2013. Ocena wpływu dodatków wzbogacających kompostowaną korę sosnową na liczebność bakterii i grzybów oraz ich aktywność enzymatyczną. Rocznik Ochrona Środowiska (Annual Set Environment Protection), 15, 2683-2696. 15 pkt. wg MNiSW IF 0,806 5. Starzyk J., Czekała W. 2014. The influence of admixtures accelerating the pine bark composting process on variation in the bacteriological state of composts. Archives of Environmental Protection, 40(4), 125-135. 15 pkt. wg MNiSW IF 0,901 6. Starzyk J., Wiśniewska H. 2015. Odporność pszenicy jarej na fuzariozę kłosów po zastosowaniu Efektywnych Mikroorganizmów. Woda-Środowisko- Obszary Wiejskie, 15(1), 101-111. 5 pkt. wg MNiSW 3
c) Omówienie celu naukowego ww. prac i osiągniętych wyników wraz z omówieniem ich wykorzystania Gleba, będąca integralnym składnikiem ekosystemów, jest środowiskiem zasiedlanym przez trudną do określenia liczbę organizmów żywych, spośród których wiodącą rolę odgrywają drobnoustroje. Szacuje się, że w 1 g gleby znajduje się od kilkudziesięciu milionów do miliarda komórek samych tylko bakterii, co w przeliczeniu na hektar powierzchni, daje wartość od kilku do nawet kilkudziesięciu ton biomasy mikroorganizmów. Znanych jest wiele dowodów naukowych, świadczących o wpływie mikroflory glebowej na rośliny oraz o wzajemnych interakcjach pomiędzy zespołami mikroorganizmów zasiedlających wspólną niszę ekologiczną, a także o działaniu różnych czynników wpływających na zmiany ilościowe i jakościowe w obrębie tych populacji. Intensyfikacja produkcji roślinnej, prowadzona przy użyciu konwencjonalnych metod, po wielu latach oddziaływania na środowisko glebowe, doprowadziła do licznych negatywnych skutków, takich jak wyjałowienie czy zakwaszenie. Obecnie poszukuje się nowych, alternatywnych lub co najmniej uzupełniających metod indukowania rozwoju roślin. W celu ochrony środowiska naturalnego w rolnictwie odchodzi się od tradycyjnych metod chemizacji, co ma odzwierciedlenie w założeniach rolnictwa integrowanego, a w szczególności ekologicznego. Jednym z narzędzi, które może być wykorzystane w integrowanej i ekologicznej produkcji roślinnej jest stosowanie preparatów mikrobiologicznych. Produkty te mają długą historię zastosowań, bowiem pierwsze z nich, takie jak szczepionki sporządzone na bazie bakterii symbiotycznych dla roślin motylkowatych, stosowano już pod koniec XIX wieku. Z czasem zaczęto wprowadzać do obrotu handlowego kolejne preparaty zawierające drobnoustroje, które miały spełniać najczęściej rolę biologicznych środków ochrony roślin przeciwko patogenom i szkodnikom. Niesłabnącą popularnością cieszą się również preparaty mikoryzowe, których szeroki asortyment pozwala na powszechne ich stosowanie w hodowli wielu roślin ogrodniczych i rolniczych. Z roku na rok obserwuje się tendencję wzrostową wartości rynku preparatów biologicznych w stosunku do ogólnej wartości rynku środków ochrony roślin, co ma odzwierciedlenie w rosnącej liczbie środków ochrony roślin opartych na mikroorganizmach, zarejestrowanych w krajach członkowskich OECD (Organizacji Współpracy Gospodarczej i Rozwoju). Procedura rejestracyjna tych preparatów jest procesem żmudnym, długotrwałym 4
oraz bardzo kosztownym. Postępowanie takie przyczynia się jednak do powstania produktu o odpowiedniej jakości, podanym dokładnie składzie ilościowym i jakościowym oraz metodzie jego oznaczenia. Ponadto skuteczność działania takich preparatów jest weryfikowana rzetelnymi badaniami publikowanymi w literaturze naukowej. W przypadku preparatów rejestrowanych na potrzeby rolnictwa ekologicznego, procedura rejestracyjna nie stawia przed producentem tak wielu wymagań i obostrzeń. Ułatwiony sposób wprowadzenia takich produktów na rynek spowodował w ostatnich dziesięcioleciach zwiększoną ich popularność w wielu krajach na wszystkich kontynentach. Ogólnodostępne sondaże ekonomiczne podają, że wartość sprzedaży środków biologicznych w drugiej połowie obecnego wieku szacuje się na około 1 mld dolarów. W krajach Unii Europejskiej do wzmożonej popularności preparatów mikrobiologicznych przyczyniła się obowiązująca od 2014 r. dyrektywa 2009/128/WE dotycząca zrównoważonego stosowania pestycydów i integrowanej ochrony roślin. Obecnie w krajach Unii Europejskiej liczba zarejestrowanych samych tylko biopestycydów stanowi około 50 pozycji. Wśród wprowadzonych wielu różnych produktów opartych na zastosowaniu mikroorganizmów, prawdopodobnie największą popularnością cieszy się preparat funkcjonujący w obrocie handlowym pod nazwą Efektywne Mikroorganizmy (EM). Produkt ten od początku zaistnienia na rynku wzbudzał i wzbudza do chwili obecnej wiele kontrowersji. Powodem ograniczonej wiarygodności preparatu, rozpowszechnionej szczególnie w środowisku naukowym, jest brak podania jednoznacznego jego składu jakościowego, który to fakt producent tłumaczy ochroną patentową i podaje jedynie główne grupy, rodzaje i niektóre tylko gatunki, wchodzące w skład koegzystujących z sobą około 80 różnych gatunków, a do których należą m.in. bakterie mlekowe (Lactobacillus casei, Streptococcus lactis), bakterie fotosyntetyzujące (Rhodopseudomonas palustris, Rhodobacter sphaeroides), drożdże (Saccharomyces album, Candida utilis), promieniowce (Streptomyces album, Streptomyces griseus) oraz pleśnie (Aspergillus oryzae, Mucor hiemalis). Już sam fakt koegzystowania tak różnorodnych zespołów mikroorganizmów w jednym produkcie budzi pewne wątpliwości. Drugim, w odczuciu autorki, powodem ograniczonej wiarygodności oceny działania biopreparatu jest deklarowana przez producenta, wieloraka możliwość zastosowania, począwszy od aplikacji doglebowej, przez inokulację nasion i opryski roślin. Ponadto producent deklaruje niezwykle szeroką gamę korzyści wynikających z zastosowań EM w uprawie roślin rolniczych i ogrodniczych, przejawiających się m.in. poprawą kondycji fizjologicznej czy zwiększeniem plonów, polepszeniem parametrów fizycznych i chemicznych gleby, (m.in. poprzez przyspieszenie tempa humifikacji), ponadto eliminacji 5
odorów, wykorzystaniu w procesach kompostowania czy oczyszczania wód, a także szeroko rozumianym gospodarstwie domowym, itp. Przedstawienie omawianego preparatu jako tzw. uniwersalnego środka jest z pewnością dodatkowym powodem ostrożnego podejścia potencjalnych odbiorców, a czasami wręcz ograniczenia ich liczby. Z drugiej jednak strony wielu praktyków rolniczych i ogrodniczych donosi o licznych korzystnych efektach obserwowanych po aplikacji preparatu Efektywne Mikroorganizmy w różnych aspektach zastosowań, co z pewnością przyczynia się do wzmożonej popularności produktu. Do niedawna działanie preparatu EM rzetelnie oceniane było tylko na podstawie nielicznych badań naukowych, jednak w ostatnich kilkunastu latach liczba prac publikowanych w renomowanych czasopismach, traktująca o omawianym zagadnieniu, znacznie się zwiększyła, co pozwala na przynajmniej częściową weryfikację działania preparatu. Kompleksowa, obiektywna ocena skuteczności oraz możliwości zastosowań EM, na chwilę obecną wydaje się niemożliwa z uwagi na brak jednoznacznie potwierdzonych naukowych dowodów deklarowanego szerokiego zakresu jego działania, problemów powtarzalności, a czasami nawet sprzecznych wyników. Sytuacja taka skłania do poszerzenia skali badań, które mogą stać się pomocnym narzędziem w syntetycznej ocenie działania preparatu EM. Stąd też zostały podjęte przez autorkę działania, których celem była weryfikacja wpływu preparatu Efektywne Mikroorganizmy na rośliny ogrodnicze i rolnicze, a także możliwość jego wykorzystania w procesach kompostowania. Bezpośrednimi celami cyklu jednotematycznych publikacji naukowych były: określenie wpływu preparatu Efektywne Mikroorganizmy na populację mikroorganizmów w podłożu, indukcję rozwoju, stopień odżywienia sałaty w szklarniowej uprawie hydroponicznej oraz bazylii uprawianej w torfie, ocena wpływu zastosowania preparatu EM na wzrost i rozwój ozimych roślin pszenicy i rzepaku w zależności od wielkości dawki oraz sposobu aplikacji biopreparatu, określenie skuteczności działania EM w zwalczaniu objawów indukowanej fuzariozy kłosów pszenicy jarej, oznaczenie mikrobiologicznych i biochemicznych parametrów kompostowania kory sosnowej po zastosowaniu m.in. preparatu Efektywne Mikroorganizmy. 6
Wyniki badań cyklu jednotematycznych publikacji naukowych W celu określenia wpływu preparatu Efektywne Mikroorganizmy na rośliny ogrodnicze przeprowadzono badania w warunkach szklarniowych, w których rośliną testową była sałata masłowa w uprawie hydroponicznej (4.b.3). Badano wpływ składu chemicznego pożywek użytych do fertygacji, doświetlania asymilacyjnego oraz inokulacji nasion preparatem EM na wzrost, rozwój i stan odżywienia roślin. Doświadczenie przeprowadzono w okresie deficytu światła (styczeń-marzec). Zastosowano dwie pożywki do fertygacji: NS I o mniejszym stężeniu składników odżywczych oraz NS II o zwiększonym zatężeniu tych samych składników. Nasiona sałaty inokulowano roztworem EM przed siewem. Parametry biometryczne sałaty masłowej wyznaczane były wskaźnikami tempa kiełkowania nasion oraz szybkością wytwarzania liści. Uzyskano interesujące wyniki, które wskazywały na istotne statystycznie przyspieszenie tempa kiełkowania roślin w kombinacji z zastosowaniem EM do inokulacji nasion w połączeniu ze wzbogaconą pożywką NS II. Jednak zależność tą obserwowano tylko w pierwszych pięciu dniach trwania doświadczenia, natomiast w kolejnych dniach (od 6 do 9 dnia) sytuacja uległa radykalnej zmianie, bowiem największe tempo kiełkowania zaczęto odnotowywać w kombinacji z zastosowaniem mniej zasobnej pożywki NS I bez inokulacji nasion. Kombinacje z EM charakteryzowały się od 6- go dnia obniżoną siłą kiełkowania roślin w porównaniu do stosowania samych pożywek, bez wprowadzania preparatu EM na nasiona. Analiza szybkości wytwarzania liści wykazała tendencję wzrostową w przypadku pożywki NS II + EM, która utrzymywała się podczas przebiegu doświadczenia, szczególnie wyróżniając się w porównaniu do pozostałych kombinacji w ostatnim terminie (po 40 dniach), kiedy rośliny były już w pełni wykształcone. Badano również wpływ analizowanych czynników na zawartość chlorofilu w blaszkach liściowych przy zastosowaniu pośredniej metody oznaczenia indeksu zazielenienia liści. Ponadto oznaczano powierzchnię największych liści w roślinie, świeżą oraz suchą masę roślin. W przypadku wszystkich wymienionych parametrów analiza statystyczna nie wykazała pozytywnego wpływu inokulacji nasion biopreparatem na ich wartości. Natomiast czynnikami różnicującymi omawiane wskaźniki było zastosowanie pożywki o zatężonej zawartości składników pokarmowych (NS II) oraz doświetlanie asymilacyjne roślin. W doświadczeniu ponadto określano procentową zawartość oraz stopień przyswojenia składników pokarmowych (N, P, K, Ca, Mg, Na) przez nadziemną część roślin. W przypadku zdecydowanej większości badanych pierwiastków analiza statystyczna nie wykazała istotnych 7
różnic ich zawartości i przyswajalności w roślinach, których nasiona były traktowane preparatem Efektywne Mikroorganizmy. Na podstawie uzyskanych wyników badań stwierdzono, że inokulacja nasion sałaty biopreparatem EM wpłynęła jedynie korzystnie na przyspieszenie szybkości kiełkowania w pierwszych dniach po inokulacji oraz na ilość wytworzonych liści, co jednak nie znalazło odzwierciedlenia w oznaczeniach świeżej i suchej masy roślin. Stymulacyjne działanie preparatu EM w omawianych przypadkach obserwowane było jedynie z zastosowaniem bogatszej w składniki pokarmowe pożywki NS II, która mogła być czynnikiem wpływającym na indukcję aktywności mikroorganizmów zawartych w preparacie. W kolejnym doświadczeniu szklarniowym badano wpływ sposobu aplikacji preparatu mikrobiologicznego EM na wzrost, rozwój, przyswajanie makroelementów przez bazylię słodką, uprawianą w torfie (4.b.2). Ponadto badano liczebność wybranych grup drobnoustrojów w części ryzosferowej podłoża. Testowano trzy sposoby aplikacji preparatu EM: wprowadzenie do substratu torfowego przed siewem, inokulacja nasion przed siewem oraz oprysk roślin w 15-tym dniu po wschodach roślin. W dniu zakończenia doświadczenia (po 35 dniach od wysiewu nasion) oznaczano wartość uzyskanego plonu świeżych roślin za pomocą pomiarów wysokości roślin, powierzchni i stopnia zazielenienia liści oraz świeżej masy roślin. Stwierdzono, że zastosowanie preparatu Efektywne Mikroorganizmy nie tylko nie wpłynęło stymulująco na rozwój roślin ale wręcz spowodowało zahamowanie wzrostu bazylii słodkiej, obserwowane zarówno w przypadku aplikacji biopreparatu do podłoża, oprysku roślin, jaki i inokulacji nasion. Podobną tendencję, potwierdzoną statystycznie, zanotowano w przypadku pomiaru wagowego zielonej masy roślin, której wartość była istotnie większa w przypadku kombinacji wykluczającej stosowanie EM do podłoża i na nasiona, jednak z zastosowaniem oprysku na rośliny. Efekt niekorzystnego wpływu stosowania EM zanotowano również względem oznaczenia powierzchni największych blaszek liściowych oraz zawartości w nich chlorofilu. Natomiast analiza zawartości makroelementów w nadziemnych częściach roślin wykazała odmienne tendencje w stosunku do oceny parametrów biometrycznych. Zawartość azotu w liściach bazylii była istotnie statystycznie większa w przypadku roślin rosnących w podłożu z dodatkiem EM oraz opryskiwanych preparatem. Jedynie nie zanotowano korzystnego wpływu inokulacji nasion na stopień odżywienia roślin azotem. W przypadku koncentracji fosforu w roślinach zanotowano największą wartość oznaczanego pierwiastka w przypadku aplikacji preparatu EM do podłoża torfowego, natomiast pozostałe sposoby wprowadzania biopreparatu wpłynęły niekorzystnie na stopień odżywienia bazylii fosforem. Podobną do oznaczeń 8
fosforu, potwierdzoną analizą statystyczną tendencję, zanotowano w przypadku zawartości potasu w roślinach. W przypadku oznaczeń koncentracji wapnia i magnezu w liściach odnotowano obniżenie poziomu obu pierwiastków po aplikacji testowanego preparatu. Interesujące wyniki uzyskano po przeprowadzeniu analiz mikrobiologicznych torfu. Stwierdzono istotne zmniejszenie się ogólnej liczby bakterii po zastosowaniu łącznie wszystkich sposobów aplikacji EM. Odmienną zależność, potwierdzoną statystycznie, zanotowano w przypadku analizy liczebności promieniowców, których liczba zwiększyła się po jednoczesnym wprowadzeniu preparatu mikrobiologicznego do podłoża i w formie oprysku na rośliny. Natomiast dozowanie EM w różnych formach ograniczało rozwój grzybów oraz oligotrofów w przeciwieństwie do kopiotrofów, których liczebność uległa radykalnemu zwiększeniu w efekcie zastosowania preparatu Efektywne Mikroorganizmy. Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzono, że w uprawie szklarniowej bazylii słodkiej wprowadzenie preparatu EM wpłynęło niekorzystnie na parametry biometryczne roślin, ograniczając istotnie ich wzrost. Natomiast analiza stopnia odżywienia bazylii makroelementami wykazała, że szczególnie aplikacja EM do podłoża spowodowała zwiększoną koncentrację niektórych z analizowanych makroelementów w nadziemnej części roślin (N, P i K), co nie potwierdziło się w przypadku Ca i Mg. Ponadto, pod wpływem EM nie zanotowano zwiększenia się liczebności większości oznaczanych grup drobnoustrojów, poza grupą promieniowców i organizmów kopiotroficznych. W przypadku pozostałych analizowanych grup, liczba oznaczanych mikroorganizmów zmniejszała się po zaaplikowaniu biopreparatu. Kolejne zainteresowania autorki skoncentrowały się na określeniu wpływu preparatu Efektywne Mikroorganizmy na rośliny rolnicze, których uprawy prowadzono w warunkach polowych. W doświadczeniu zastosowano rośliny o znaczącej powierzchni zasiewu i wykorzystaniu gospodarczym w naszym kraju: dwie odmiany pszenicy ozimej (Tonacja i DED 7 25/02 ) oraz dwie odmiany rzepaku ozimego ( PR46 W31 i PR45 D04 ). Biopreparat stosowano w dwóch dawkach (po rozcieńczeniu z wodą w ilości 400 l/ha - zalecanej przez producenta oraz zwiększonej 1200 l/ha) doglebowo podczas siewu oraz nalistnie w fazie krzewienia pszenicy i 3-4 liści u rzepaku. Badano wpływ dawki oraz sposobu aplikacji preparatu na parametry wzrostu i rozwoju roślin oraz na zawartość poszczególnych frakcji chlorofilu w liściach (4.b.1). W przypadku pszenicy zaobserwowano różną reakcję odmian na zastosowanie biopreparatu. U genotypu mieszańcowego DED 7 25/02 już zastosowanie standardowej dawki EM spowodowało istotną poprawę analizowanych parametrów biometrycznych (długości liści i 9
korzenia oraz świeżej masy części nadziemnej i podziemnej) zarówno w fazie wschodów, jak i krzewienia. Natomiast zwielokrotniona dawka preparatu w większości przypadków nie wpłynęła na polepszenie wzrostu roślin w porównaniu do standardowej dawki. W przypadku odmiany Tonacja nie odnotowano tak pozytywnego wpływu biopreparatu na rośliny. Zastosowanie zalecanej dawki (400 l/ha) nie spowodowało intensyfikacji rozwoju pszenicy. Dopiero zastosowanie preparatu w ilości 1200 l/ha wpłynęło istotnie na zwiększenie wartości oznaczanych parametrów biometrycznych w późniejszej fazie rozwojowej roślin, którego nie odnotowano w fazie wschodów. W przypadku obu odmian rzepaku wykazano pozytywny wpływ aplikacji EM zarówno doglebowo, jak i nalistnie, przy czym odmiany reagowały odmiennie na biopreparat. Odmiana PR45 D04 najkorzystniej reagowała na dawkę 1200 l/ha zarówno w formie doglebowej, jak i oprysku. Standardowa dawka 400 l/ha doglebowo w ogóle nie wpłynęła na poprawę wzrostu roślin, a w licznych przypadkach spowodowała wręcz zahamowanie wzrostu względem kontroli. W przypadku odmiany PR46 W31 zaobserwowano odwrotną tendencję, która wskazywała, że najkorzystniej działała standardowa dawka preparatu, niezależnie od sposobu aplikacji. Stosowanie zwiększonej ilości EM w przypadku tej odmiany nie powodowało w większości przypadków istotnie korzystnych zmian parametrów rozwoju rzepaku w porównaniu do kontroli. Analiza zawartości poszczególnych frakcji chlorofilu w liściach pszenicy wykazała wpływ preparatu na zwiększenie koncentracji chlorofilu b w przypadku odmiany Tonacja. Natomiast obie dawki oraz oba sposoby aplikacji EM wpłynęły w sposób istotnie korzystny na łączną koncentrację frakcji chlorofilu a+b w przypadku obu odmian pszenicy. U rzepaku, w większości analizowanych wariantów, nie odnotowano korzystnego wpływu preparatu na koncentrację barwnika w roślinach, a stosowanie dawki 400 l/ha doglebowo w odmianie PR45 D04 oraz nalistnie w odmianie PR46 W31 spowodowało nawet obniżenie wskaźnika wydajności fotosyntezy. Podsumowując uzyskane wyniki można stwierdzić, że reakcja pszenicy i rzepaku na preparat EM mierzona parametrami wzrostu oraz zawartością chlorofilu w liściach różniła się względem rodzaju roślin, a nawet ich odmian. Dawkowanie oraz sposób aplikacji preparatu miała również wpływ na rozwój roślin, przy czym stosowanie dawki zalecanej przez producenta w niektórych przypadkach okazywało się mniej skuteczne w porównaniu do zwiększonej dawki EM. Wśród wielu zalet preparatu Efektywne Mikroorganizmy deklarowanych przez wytwórców, szczególnie podkreślana jest jego użyteczność w zwalczaniu patogenów roślin. 10
W celu weryfikacji powyższej informacji przeprowadzono doświadczenie polowe na pszenicy jarej, którą infekowano patogenicznym grzybem Fusarium (4.b.6). Następnie określano wpływ różnych sposobów i terminów aplikacji biopreparatu na objawy chorobowe roślin. Zastosowano standardową dawkę preparatu EM-A w ilości 40 l/ha, którą rozcieńczono zgodnie z zaleceniem producenta (1:9) z wodą i aplikowano doglebowo podczas siewu oraz w formie oprysku na rośliny w fazie krzewienia i kwitnienia. Wprowadzono również kombinacje będące połączeniem obu sposobów aplikacji. Rośliny infekowano w fazie pełni kwitnienia mieszaniną aktywnych szczepów F. culmorum i F. graminearum. Obserwowano stopień porażenia roślin przez patogena wyrażony procentowym udziałem porażonych kłosów oraz wyliczono indeks fuzariozy kłosa (IFK). Obserwacji dokonywano również na roślinach nie infekowanych, u których fuzarioza mogła wystąpić w wyniku naturalnej infekcji. Ponadto określano wpływ zabiegów z udziałem EM na stopień rozwoju roślin oraz na zawartość frakcji chlorofilowych w liściach. W wyniku przeprowadzonego doświadczenia uzyskano bardzo obiecujące wyniki. W przypadku roślin nie infekowanych sztucznie Fusarium w pierwszym terminie obserwacji (po 19 dniach od infekcji) we wszystkich kombinacjach z zastosowaniem EM praktycznie nie obserwowano porażenia roślin (poza pojedynczymi przypadkami), a objawy chorobowe występowały jedynie w wariancie kontrolnym (bez EM). W drugim terminie (po 25 dniach od infekcji) objawy chorobowe nasiliły się, jednak różnica w stopniu ich rozprzestrzenienia była istotna statystycznie pomiędzy kontrolą a stosowaniem EM. W kombinacji z podwójnym zastosowaniem EM: doglebowo + nalistnie podczas krzewienia, a także nalistnie w fazie kwitnienia, objawy fuzariozy zmniejszyły się o 40%, a wskaźnik IFK o 57% w porównaniu do kontroli. Jednak najkorzystniejsze dla zdrowotności roślin okazało się zastosowanie preparatu doglebowo przy siewie, w połączeniu z opryskiem kwitnących roślin, co spowodowało aż o 72% rzadsze występowanie fuzariozy i o 81% mniejszy wskaźnik IFK. Podobną, korzystną tendencję ograniczenia chorobowości obserwowano w przypadku roślin, u których celowo wywoływano infekcję grzybową. Najbardziej spektakularny efekt odnotowano w przypadku łącznego zastosowania biopreparatu doglebowo oraz nalistnie w fazie krzewienia, powodując 80% zmniejszenie liczby zainfekowanych roślin, a tym samym 91% mniejszy wskaźnik IFK. Ponadto skutecznym zabiegiem okazało się również stosowanie EM doglebowo + oprysk roślin w fazie kwitnienia, powodując zmniejszenie oznaczanych parametrów odpowiednio o 60% i 74% w porównaniu do roślin nie poddanych działaniu preparatu. 11
Zaobserwowano również korzystny wpływ oddziaływania Efektywnych Mikroorganizmów na parametry biometryczne pszenicy jarej, szczególnie w początkowych stadiach rozwoju, które różniły się od kontroli o ok. 47% oraz o 41% w fazie krzewienia. Jednak w fazie kwitnienia różnica rozwoju pomiędzy kombinacją kontrolną a wariantami z EM zaczęła się zmniejszać. Pozytywnych rezultatów nie odnotowano w przypadku analiz poszczególnych frakcji chlorofilu w roślinach. Stymulujący, niewielki, bo tylko 7% wpływ preparatu na zawartość barwnika odnotowano jedynie w fazie krzewienia. Natomiast w fazie kwitnienia roślin aplikacja doglebowa okazała się wręcz niekorzystnie wpływająca na zawartość oznaczanego wskaźnika. W wyniku przeprowadzonych badań z pszenicą jarą obserwowano istotny statystyczne, jednoznacznie korzystny wpływ stosowanego preparatu EM na ograniczenie występowania fuzariozy zarówno w warunkach naturalnych, jak i podczas indukowanej infekcji roślin. Wydaje się, że w głównej mierze stosowanie oprysków przyczyniło się do zwalczenia rozwoju patogena, co najprawdopodobniej było efektem bezpośredniego kontaktu drobnoustrojów zawartych w biopreparacie z patogenem na powierzchni roślin, powodując zahamowanie kiełkowania zarodników grzybowych. Przypuszczenie to potwierdzają liczne, niepublikowane dotąd obserwacje laboratoryjne autorki dotyczące antagonistycznego oddziaływania EM na Fusarium. Preparat EM stymulował również rozwój roślin, szczególnie na początku ich wzrostu, jednak nie wpłynął korzystnie na zawartość barwników chlorofilowych w blaszkach liściowych. Przeprowadzono również doświadczenia, mające na celu wykazanie wpływu preparatu EM na proces kompostowania kory sosnowej wyrażony wskaźnikami mikrobiologicznymi (4.b.4; 4.b.5). Kora, jako materiał odpadowy, trudno podlega biodegradacji, stąd też podejmowane są próby optymalizacji przebiegu tego procesu. Pryzmy kory sosnowej wzbogacano m.in. w preparat EM-A (zgodnie z zaleceniem producenta firmy Greenland odnośnie stosowanej dawki i rodzaju preparatu; mimo specjalistycznych odmian produktów EM z przeznaczeniem do kompostowania w gospodarstwach przydomowych, producent zalecił w tym przypadku zastosowanie preparatu EM-A). Ponadto preparat łączono z dwoma dawkami (2 i 3,5 t) zielonej masy roślin (ZMR). Stwierdzono, że dodatek wyłącznie preparatu EM do pryzm nie wpłynął korzystnie na przebieg procesu kompostowania. W kombinacji tej nie doszło do osiągnięcia fazy termofilnej, a liczebność analizowanych grup drobnoustrojów: mezo- i termofilnych bakterii i grzybów, kopiotrofów, oligotrofów i promieniowców nie zwiększyła się, a w niektórych przypadkach uległa wręcz zmniejszeniu. Podobne efekty uzyskano w wyniku analiz aktywności enzymatycznej dehydrogenaz (4.b.4) oraz fosfataz 12
kwaśnej i zasadowej (4.b.5). Jednak korzystnym rozwiązaniem okazało się połączenie EM z ZMR, co przyczyniło się do zwiększenia liczebności oznaczanych grup drobnoustrojów oraz wpłynęło korzystnie na aktywację kompleksu dehydrogenaz oraz fosfatazy zasadowej. W tej kombinacji notowano również najwyższy wzrost temperatury w kompostowanym materiale. Na podstawie przeprowadzonych analiz stwierdzono, że preparat EM-A stosowany jako jedyny dodatek do materiału trudno podlegającego rozkładowi, jakim jest kora sosnowa, nie spełnia roli czynnika przyspieszającego proces kompostowania. Natomiast połączenie EM z świeżym, bogatym w azot, łatwo przyswajalnym materiałem roślinnym, jest czynnikiem zdecydowane korzystnie wpływającym na stan mikrobiologiczny kompostów, o czym świadczą wskaźniki zwiększenia liczebności analizowanych grup drobnoustrojów oraz ich aktywności metabolicznej. Można przypuszczać, że stymulacja rozwoju mikroflory w pryzmach zawierających zieloną masę roślin + EM będzie skutkowała zwiększeniem efektywności procesu kompostowania. Ponadto wpływ ten potwierdzały zmiany przebiegu temperatur w pryzmach. Uzyskane wyniki przeprowadzonych badań (4.b.1-4.b.6) wykazały, że: 1. Preparat EM-A nie wpłynął korzystnie na rozwój sałaty masłowej w uprawie hydroponicznej oraz bazylii słodkiej uprawianej w torfie. W przypadku bazylii wykazano wręcz hamujący wpływ preparatu mikrobiologicznego na rozwój rośliny. 2. W przeprowadzonych doświadczeniach na roślinach w uprawach szklarniowych jedynym wyraźnie pozytywnym efektem wpływu EM było lepsze odżywienie bazylii składnikami (N, P, K). 3. Stosowanie preparatu Efektywne Mikroorganizmy pod uprawy polowe różnych ozimych odmian pszenicy i rzepaku oraz pszenicy jarej dawało niejednoznaczne rezultaty mierzone parametrami wzrostu roślin oraz zawartością chlorofilu w liściach. Odmiany różnie reagowały na dawki preparatu oraz sposoby jego aplikacji. 4. Zawarte w biopreparacie mikroorganizmy wykazują antagonistyczne oddziaływanie w stosunku do patogenicznego grzyba Fusarium w przypadku infekcji pszenicy jarej, co przyczynia się do istotnego zahamowania rozwoju objawów chorobowych na roślinach. 5. Najskuteczniejszym sposobem ograniczenia występowania fuzariozy u pszenicy jarej jest stosowanie EM doglebowo w połączeniu z opryskiwaniem roślin. 13
6. W kompostowaniu trudno biodegradowalnych materiałów roślinnych obfitujących w ligninę preparat EM jest użyteczny jedynie w przypadku, kiedy jest łączony z łatwo przyswajalnym źródłem azotu w postaci np., zielonej masy roślin. Podsumowanie cyklu jednotematycznych publikacji naukowych Przeprowadzone badania wydają się dawać odpowiedź na niektóre z licznych pytań o możliwości i skuteczność zastosowania preparatu mikrobiologicznego Efektywne Mikroorganizmy w różnych aspektach działań rolniczych i ogrodniczych. Wymiernym efektem powyższych doświadczeń jest wykazanie korzystnych, nie mających znaczącego wpływu oraz niekorzystnych skutków stosowania biopreparatu w uprawach roślin, a także zastosowania w kompostowaniu materiału roślinnego. Stwierdzono, że testowany produkt nie znajduje szerszego zastosowania w szklarniowej uprawie sałaty i bazylii, ponieważ nie odnotowano korzystnego oddziaływania na wzrost i rozwój roślin oraz na zawartość chlorofilu w liściach, będącej wskaźnikiem kondycji fizjologicznej. Natomiast w polowej uprawie pszenicy i rzepaku, niektóre z odmian pozytywnie reagowały na stosowanie biopreparatu, co wyrażało się lepszym rozwojem roślin. Silne oddziaływanie preparatu EM na patogenicznego grzyba z rodzaju Fusarium w uprawie pszenicy jarej, skutkujące istotnym zmniejszeniem porażenia roślin może stanowić wskazanie do właściwych kierunków zastosowań produktu. Przeprowadzone badania wykazały również stopień użyteczności EM w procesach kompostowania trudno biodegradowalnej materii roślinnej. Innowacyjność badań wynika z faktu podjęcia próby szerokiej oceny zastosowań biopreparatu w różnych aspektach działalności rolniczej i ogrodniczej. Wciąż bowiem w literaturze naukowej brakuje jednoznacznych odpowiedzi na nurtujące pytania o sens stosowania EM. Rozbudowany układ dawkowania oraz sposobów aplikacji biopreparatu przedstawiony w omawianych pracach, może stanowić formę praktycznych wskazań dla praktyków rolniczych. Podjęcie wielokierunkowych badań obrazujących sposoby wykorzystania EM może być przyczynkiem do ukierunkowania jego zastosowań w celu osiągnięcia wymiernych efektów. Ponadto prowadzi do realnej oceny działania preparatu zarówno przez naukowców, jak i potencjalnych odbiorców. 14
5. Omówienie pozostałych osiągnięć naukowo badawczych Moje zainteresowania naukowe i prace badawcze prowadzone w Katedrze Mikrobiologii Ogólnej i Środowiskowej w trakcie pracy na stanowisku adiunkta koncentrowały się wokół czterech głównych zagadnień: 1. Reakcji bakterii endofitycznych na zabiegi nawozowe i czynniki środowiskowe oraz ich wpływu na rośliny 2. Poszukiwania możliwości zwiększenia efektywności biologicznego wiązania azotu przez diazotrofy oraz ich wpływu na rośliny w kontekście asocjacyjnych interakcji pomiędzy drobnoustrojami 3. Wpływu środków ochrony roślin na stan mikrobiologiczny oraz aktywność biochemiczną gleby 4. Wpływu nawozów organicznych, naturalnych i mineralnych na liczebność wybranych grup drobnoustrojów oraz aktywność biochemiczną podłoża w uprawie roślin rolniczych i ogrodniczych. Ad. 1 Reakcja bakterii endofitycznych na zabiegi nawozowe i czynniki środowiskowe oraz ich wpływ na rośliny Jednym z nurtów badawczych wynikającym z działalności naukowej było określenie wpływu zabiegów agrotechnicznych oraz czynników środowiskowych na populację bakterii diazotroficznych w glebie. Badania dotyczyły głównie grup bakterii endofitycznych, wchodzących w zależności asocjacyjne z roślinami, ze szczególnym uwzględnieniem rodzaju Azospirillum. Podjęto próbę określenia zmian liczebności Azospirillum w uprawie kukurydzy po zastosowaniu zróżnicowanego nawożenia organicznego. Kukurydza jest bowiem gatunkiem sprzyjającym występowaniu i rozwojowi Azospirillum ze względu na charakter produkowanych wydzielin korzeniowych. Bakterie endofityczne chętnie zasiedlają powierzchnię korzeni i przestrzenie międzykomórkowe rośliny, znajdując tam bardzo dobre warunki asocjacji. W przeprowadzonych doświadczeniach polowych w uprawie kukurydzy na ziarno i kiszonkę stosowano nawozy organiczne o różnym pochodzeniu i dawkowaniu (obornik 30 i 15
15 ton ś.m./ha; słoma pszenna i kukurydziana 5 ton/ha z azotem mineralnym 15 kg/tonę słomy oraz z gnojowicą 40 m 3 ; poplon ozimy 70 kg/ha żyta i 50 kg/ha wyki; zmianowanie pszenicą 190 kg/ha; gnojowica 30 m 3 oraz osad ściekowy 5 ton s.m./ha). Następnie podjęto próbę określenia optymalnego rodzaju i dawki nawozu organicznego dla rozwoju Azospirillum, badając zmiany liczebności analizowanego rodzaju bakterii w glebie, w kolejnych fazach rozwojowych rośliny (II.D.1.8) *. Badania wykazały, że najkorzystniejszym nawożeniem dla rozwoju Azospirillum okazała się słoma pszenna w połączeniu z gnojowicą. W efekcie zastosowania tego wariantu nawozowego odnotowano spektakularne zwiększenie populacji Azospirillum w glebie, która była aż o 166% większa w porównaniu do pozostałych kombinacji nawozowych. Równie stymulującym rozwój endofitów okazał się dodatek słomy pszennej z azotem mineralnym. Wzbogacając glebę w materię organiczną i składniki mineralne, słoma stanowi dobry materiał odżywczy dla drobnoustrojów glebowych, natomiast dodanie do słomy składników nawozowych w formach organicznych i mineralnych, stanowiło najbardziej optymalne źródło związków pokarmowych dla Azospirillum. Interesującym wydaje się fakt, iż najmniejszą liczebność Azospirillum zanotowano przy nawożeniu słomą kukurydzianą, szczególnie w połączeniu z azotem mineralnym, która była średnio o 68% mniejsza od pozostałych kombinacji nawozowych. Analizując zmiany liczebności badanych bakterii w czasie przebiegu doświadczenia stwierdzono istotnie wysoki poziom ich liczebności w glebie jeszcze przed siewem kukurydzy, następnie w fazie wschodów, 2-3 liści oraz 4-6 liści obserwowano zmniejszenie populacji Azospirillum, która zaczęła zwiększać się ponownie w fazie wyrzucania wiech i zawiązywania kolb. Fakt ten należy wiązać z produkcją znacznych ilości wydzielin korzeniowych rozwijających się roślin, które stanowią doskonałe źródło pokarmu dla drobnoustrojów. Kontynuacją zapoczątkowanych badań były prowadzone w następnych dwóch latach kolejne doświadczenia polowe pod uprawą kukurydzy nawożonej podobnymi kombinacjami nawozowymi (obornik 30 ton ś.m./ha; słoma pszenna 5 ton/ha z azotem mineralnym 15 kg/tonę słomy oraz z gnojowicą 40 m 3 ; osad ściekowy 5 ton s.m./ha). W doświadczeniach tych poza monitorowaniem zmian liczebności Azospirillum badano również zmiany populacji bakterii Azotobacter (II.D.1.20) *. Wyniki uzyskane w kolejnych latach doświadczeń różniły się istotnie. Podobnie, jak w poprzednich latach również w opisywanym doświadczeniu odnotowano wyraźną stymulację rozwoju Azospirillum w *odwołania do załącznika 5 16
glebie nawożonej słomą pszenicy z dodatkiem gnojowicy. Natomiast dyskusyjnym wydaje się wpływ obornika, który w pierwszym roku ograniczał rozwój badanych bakterii, natomiast w kolejnym znacząco stymulował ich rozwój, co może wynikać ze znacznego zróżnicowania warunków pogodowych w obu latach doświadczeń. Analiza liczebności Azotobacter w glebie wykazała, że najmniej korzystną kombinacją nawozową dla ich rozwoju był dodatek słomy pszenicy z azotem mineralnym, natomiast dodatek obornika w pierwszym roku oraz osadu ściekowego w drugim okazał się najbardziej stymulującym dla rozwoju tej grupy diazotrofów. Efekty te są zgodne z doniesieniami naukowców, którzy wskazują, że systematyczne nawożenie obornikiem lub gnojowicą stwarza korzystne warunki dla rozwoju tej grupy bakterii. Azotobacter silnie reaguje na czynniki chemiczne i fizyczne, dlatego wahania tej grupy diazotrofów można uznać za dobry wskaźnik zmian zachodzących w środowisku. Porównując przebieg zmian liczebności badanych endofitów w czasie okresu wegetacyjnego kukurydzy, największy wzrost liczebności bakterii odnotowano w fazie 2-3 liści różniący się średnio o około 37% od najmniej stymulującej fazy, jaką były wschody. Z uwagi na fakt, że bakterie z rodzaju Azospirillum są jednymi z tych rodzajów drobnoustrojów glebowych, które są wdrażane do praktyki rolniczej, jako czynnik mogący korzystnie wpływać na plony roślin uprawnych nie tylko w krajach klimatu tropikalnego ale również umiarkowanego, podjęto próbę szczepienia owsa i kukurydzy cukrowej szczepem Azospirillum brasilense w formie inokulacji nasion z aplikacją doglebową przy siewie oraz w formie oprysku po wschodach roślin przy trzech poziomach nawożenia azotowego: zerowym, połową dawki i pełną dawką azotu dla danej rośliny. Prowadzono dwa kolejne doświadczenia: wazonowe oraz polowe, w których określano wpływ szczepienia roślin na ich kondycję fizjologiczną wyrażoną koncentracją chlorofilu w blaszkach liściowych oraz wielkość uzyskanego plonu (II.D.1.6). W obu doświadczeniach rośliny szczepione Azospirillum charakteryzowały się większą żywotnością, oznaczaną większą zawartością barwników chlorofilowych w liściach. Koncentracja chlorofilu okazała się czulszym indykatorem efektu inokulacji w porównaniu do plonu ziarna w doświadczeniu polowym, a w doświadczeniu wazonowym w porównaniu do masy roślin. Może być zatem przydatnym, a zarazem wymiernym i łatwym do określenia w warunkach polowych wskaźnikiem efektu inokulacji. Pozytywne efekty szczepienia roślin bakteriami endofitycznymi odnotowano również w kolejnym doświadczeniu, w którym określano wpływ szczepienia traw diazotroficznymi endofitami z rodzajów Herbaspirillum i Acetobacter na poziom związanego azotu przez 17
bakterie oraz na zawartość chlorofilu w liściach (II.D.1.22). W przeprowadzonym doświadczeniu wazonowym stwierdzono korzystny wpływ szczepienia roślin na poziom związanego azotu w glebie oraz na ich kondycję fizjologiczną. Wykazano korelację pomiędzy wzrostem ilości związanego azotu przez diazotrofy a koncentracją barwnika chlorofilowego. Najkorzystniejsze efekty osiągano przy zastosowaniu obu szczepów łącznie podczas szczepienia traw. Charakterystyka wielu bakteryjnych diazotrofów wskazuje dużą ich wrażliwość na zmiany środowiskowe. Stąd też podjęto próbę przetestowania w warunkach laboratoryjnych wrażliwości bakterii Herbaspirillum i Acetobacter na zmiany stężenia jonów wodorowych w podłożu (II.D.1.1; III.B.10). Badania wykazały istotny wpływ czasu hodowli oraz poziomu ph podłoża na aktywność nitrogenazy oraz rozwój hodowli testowanych szczepów. Bakterie Acetobacter diazotrophicus wykazywały najwyższą aktywność nitrogenazy w 48-godzinnej hodowli w podłożu o ph w zakresie 7-9. W przypadku szczepu Herbaspirillum seropediceae najwyższy poziom związanego przez nie azotu odnotowano w 72-godzinnej hodowli o ph 9, co korelowało z wskaźnikiem jego przeżywalności. Z uwagi na brak doniesień literaturowych dotyczących stopnia tolerancji testowanych szczepów na zmiany stężenia jonów wodorowych w środowisku, uzyskane w efekcie przeprowadzonych badań rezultaty mogą okazać się pomocne przy określaniu granicznych i optymalnych zakresów ph dla aktywności życiowej badanych diazotrofów, a tym samym lepszego ich ewentualnego wykorzystania w rodzimej praktyce rolniczej. Ad. 2 Poszukiwanie możliwości zwiększenia efektywności biologicznego wiązania azotu przez diazotrofy oraz ich wpływu na rośliny w kontekście asocjacyjnych interakcji pomiędzy drobnoustrojami Jednym z interesujących zjawisk związanych z ekologią drobnoustrojów jest synergistyczne oddziaływanie na siebie różnych grup drobnoustrojów. W kolejnych badaniach podjęto próbę określenia efektywności wzajemnych interakcji pomiędzy różnymi rodzajami bakterii diazotroficznych w kontekście koinokulacji roślin testowanymi szczepami. W przeprowadzonych doświadczeniach zastosowano jednoczesną inokulację roślin bakteriami symbiotycznymi z rodzaju Rhizobium i szczepami niesymbiotycznymi. Mimo tego, że bakterie niesymbiotyczne odgrywają mniejszą rolę w procesie wiązania azotu atmosferycznego, to dzięki produkcji fitohormonów i szeregu innych stymulatorów mogą 18
istotnie wpływać na rozwój zarówno drobnoustrojów im towarzyszących, jak i na rozwój roślin. W początkowym etapie w badań starano się wykazać synergistyczne oddziaływania szczepów w interakcji z roślinami motylkowatymi (II.D.1.5). Przeprowadzono indywidualne szczepienie lucerny siewnej Sinorhizobium meliloti, Azospirillum brasilense oraz zastosowano koinokulację obu rodzajów bakterii. Przedmiotem analiz była aktywność nitrogenazy diazotrofów, nodulacja korzeni oraz stopień rozwoju roślin, a także stopień kolonizacji strefy korzeniowej przez bakterie. Obserwacje efektów szczepienia lucerny wykazały stymulujący wpływ koinokulacji na wszystkie badane parametry. Zanotowano dwukrotnie wyższą aktywność nitrogenazy w przypadku roślin szczepionych Sinorhizobium i Azospirillum łącznie w porównaniu do szczepienia wyłącznie Sinorhizobium meliloti. Stymulujący wpływ obu szczepów wyrażał się również w stopniu nodulacji korzeni, powodując wytworzenie znacznie większej liczby aktywnych brodawek na ich powierzchni, a także w rozwoju roślin, wyrażonym masą części korzeniowej, a w szczególności części nadziemnej, która była prawie 10-krotnie większa w porównaniu do kombinacji z zastosowaniem pojedynczych szczepów. Obecność bakterii Azospirillum intensyfikowała również stopień kolonizacji korzeni przez Sinorhizobium. Uzyskanie pozytywnych efektów koinokulacji roślin motylkowatych zachęciło do podjęcia kolejnych badań nad wykorzystaniem stymulujących oddziaływań pomiędzy różnymi grupami diazotrofów i ich wpływem na rośliny niemotylkowate (II.D.1.12; II.D.1.14; II.D.1.21). W doświadczeniach z zastosowaniem skojarzonego szczepienia kukurydzy Rhizobium leguminosarum oraz endofitycznym dla tej rośliny gatunkiem Azospirillum doebereinerae wykazano polepszenie kondycji fizjologicznej roślin, wyrażone wzrostem indeksu zieloności liści. Ponadto obecność koinokulanta zwiększyło stopień zasiedlenia tkanki korzeniowej kukurydzy przez Azospirillum, najczęściej wchodzące z nią w interakcję warunkach naturalnych (II.D.1.12). Podobnie pozytywne efekty uzyskano w przypadku łącznego zastosowania szczepów Azospirillum i Herbaspirillum oraz Rhizobium leguminosarum w szczepieniu siewek pszenicy (II.D.1.14). Zastosowana koinokulacja szczepów nie tyko wpływała korzystnie na stopień zasiedlenia korzeni roślin przez bakterie endofityczne, ale również powodowała wzrost zawartości chlorofilu w blaszkach liściowych. Zjawisko stymulujących interakcji pomiędzy różnymi grupami bakterii potwierdzono również w doświadczeniach z użyciem życicy wielokwiatowej, jako intensywnie rosnącej i dobrze plonującej trawy, będącej częstym komponentem mieszanek trawiasto- 19
motylkowatych uprawianych na paszę. Koinokulacja trawy endofitycznymi szczepami Azospirillum brasilense i Azospirillum lipoferum oraz Rhizobium leguminosarum spowodowała zwiększenie ilości związanego przez endofity azotu, a tym samym wpłynęła korzystnie na rozwój roślin (II.D.1.21) Podsumowując testowane w opisywanych doświadczeniach połączenia często dość odległych taksonomicznie grup bakterii można stwierdzić, że koinokulacja roślin, zarówno motylkowatych jak i niemotylkowatych, wykazała korzystny efekt współdziałania szczepów symbiotycznych i endofitycznych, który przejawiał się nie tylko zwiększeniem aktywności nitrogenazy, ale przede wszystkim stopniem zasiedlenia roślin przez współżyjące z nimi szczepy bakterii, lepszym wzrostem roślin oraz poprawą ich kondycji fizjologicznej. Fakty te można tłumaczyć zwiększoną produkcją przez mikroorganizmy związków o charakterze stymulatorów takich jak fitohormony, ponadto specyficznych enzymów oraz sideroforów, a także indukowania bardziej złożonych mechanizmów regulujących działanie PGPR (Plant Growth Promoting Rhizobacteria). Ad. 3 Wpływ środków ochrony roślin na stan mikrobiologiczny oraz aktywność biochemiczną gleby Wieloletnie prowadzenie upraw roślin w systemie rolnictwa konwencjonalnego jest związane z powszechnym stosowaniem środków ochrony roślin. Zagrożeniem wynikającym z ich aplikacji jest fakt ich kumulacji w środowisku glebowym. Biocydy nie tylko ograniczają rozwój szkodliwych organizmów ale również niekorzystnie wpływają na pożyteczne elementy biocenozy glebowej. Negatywny wpływ pestycydów na populacje mikroorganizmów zasiedlających glebę może mieć odzwierciedlenie w zaburzeniach procesów metabolizmu pierwotnego i wtórnego, które mogą przejawiać się w zmianach parametrów oddechowych, aktywności enzymatycznej komórki, wydzielaniu wolnych aminokwasów związanych z gospodarką azotową i odbudową białka, a także w zmianach cech zewnętrznych populacji. Jednakże w kontekście obecności środków ochrony roślin w glebie należy również rozważać możliwość ich degradacji przez mikroorganizmy glebowe, które traktują wiele ksenobiotyków jako dodatkowe źródło węgla i energii. Z uwagi na szerokie spektrum wpływu biocydów na ożywione elementy środowiska naturalnego podjęto badania, mające na celu określenie wpływu pestycydów na populacje mikroorganizmów i aktywność biochemiczną gleby. 20
W doświadczeniu wazonowym analizowano wpływ środków ochrony roślin (zaprawy nasiennej - s.a. flutriafol oraz herbicydu Fox 480) na aktywność enzymatyczną oraz wydzielanie ditlenku węgla w glebie (II.D.1.10). Kompleks dehydrogenaz, charakteryzujący się dużą zmiennością pod wpływem działania środków ochrony roślin, w przeprowadzonym doświadczeniu wykazywał zwiększoną aktywność w glebie z dodatkiem herbicydu w pierwszych dniach po zastosowaniu preparatu, natomiast w kolejnych terminach aktywność dehydrogenaz zmniejszała się w porównaniu do gleby kontrolnej. Kompleks dehydrogenaz wykazywał zdecydowanie większą wrażliwość względem fungicydu. Ponadto określano aktywność fosfataz kwaśnych, która zwiększała się po zastosowaniu pestycydów w początkowych terminach doświadczenia. Jednak po 60-ciu dniach zanotowano odwrotną zależność, wskazującą na istotne zahamowanie aktywności fosfataz pod wpływem zastosowanych środków ochrony roślin. Efekt ten można wiązać ze zwiększeniem się zawartości fosforu mineralnego w glebie, uruchomionego przez drobnoustroje, który spowodował znaczne obniżenie aktywności fosfataz glebowych. Natomiast analiza wydzielania ditlenku węgla w glebie potwierdziła większość doniesień literaturowych, wskazujących na negatywny wpływ pestycydów na procesy oddechowe prowadzone przez mikroorganizmy glebowe. W kolejnych badaniach testowano wpływ pestycydu Funaben T oraz herbicydu Pivot 100SL na liczebność populacji wybranych grup drobnoustrojów w glebie (II.D.1.2). W wyznaczonych terminach doświadczalnych określano liczebność bakterii wiążących azot atmosferyczny z rodzajów Rhizobium i Azotobacter, ogólną liczbę bakterii, promieniowców i grzybów. Najbardziej wrażliwymi na działanie pestycydów okazały się bakterie Azotobacter, których liczebność wyraźnie się zmniejszała, szczególnie w początkowym okresie po zastosowaniu herbicydu i fungicydu. W przypadku Rhizobium odnotowano w początkowych terminach stymulację ich rozwoju po aplikacji obu preparatów. Dopiero w ostatnich terminach doświadczenia obserwowano zmniejszenie się populacji analizowanych bakterii w kombinacjach z dodatkami środków ochrony roślin. Natomiast odmienne reakcje na ksenobiotyki obserwowano w przypadku promieniowców i grzybów. Obie grupy mikroorganizmów wykazywały zwiększenie liczebności populacji w glebie, do której wprowadzano fungicyd i herbicyd. Zarówno promieniowce, jak i grzyby mają zdolność do syntezy specyficznych enzymów wewnątrzkomórkowych i zewnątrzkomórkowych, które są zdolne do rozkładu ksenobiotyków, wykorzystywanych przez mikroorganizmy jako dodatkowe źródło pokarmu. Porównując oddziaływanie dwóch zastosowanych w 21
doświadczeniu środków ochrony roślin, fungicyd Funaben T wykazywał większą toksyczność względem analizowanych grup drobnoustrojów. Przeprowadzone badania zainicjowały pomysł określenia wpływu testowanych pestycydów Funaben T oraz Pivot 100SL na zdolność wybranych bakterii symbiotycznych do infekowania roślin oraz na aktywność wiązania przez nie azotu. Testowaniu zostały poddane bakterie z rodzajów Rhizobium, oraz Bradyrhizobium w asocjacji z koniczyną, lucerną i seradelą (II.A.1). Określano kondycję fizjologiczną roślin, stopień brodawkowania, świeżą masę roślin oraz procentową zawartość białka w suchej masie roślin. Każdy z analizowanych parametrów wykazywał znaczącą reakcję na zastosowane środki ochrony roślin, które negatywnie wpływały na pokrój roślin oraz intensywność nodulacji korzeni. Ponadto pestycydy wykazywały tendencję zmniejszania wielkość pozyskanej świeżej masy roślin oraz zawartości białka w suchej masie, jednak różnice okazały się nieistotne statystycznie. Natomiast znacząco negatywny wpływ zastosowanych preparatów odnotowano w przypadku określania zdolności wiązania azotu przez wszystkie analizowane szczepy bakterii symbiotycznych, powodując często ponad 90% zmniejszenie aktywności nitrogenazy w porównaniu do kombinacji kontrolnych. Podsumowując wpływ środków ochrony roślin na wybrane parametry mikrobiologiczne w glebie potwierdzono w większości przeprowadzonych analiz negatywny wpływ zastosowanych pestycydów na aktywność populacji mikroorganizmów glebowych. Efekt taki znajdował odzwierciedlenie nie tylko w zmniejszeniu liczebności populacji analizowanych grup drobnoustrojów (za wyjątkiem promieniowców i grzybów), ale także w obniżeniu aktywności enzymatycznej i zdolności oddechowej gleby. Potwierdzeniem silnego oddziaływania testowanych preparatów na życie biologiczne były efekty ograniczenia rozwoju roślin motylkowatych, zakłócenie procesu symbiozy z bakteriami brodawkowymi, co skutkowało obniżeniem zdolności wiązania azotu przez diazotrofy. Ad. 4 Wpływ nawozów organicznych, naturalnych i mineralnych na liczebność wybranych grup drobnoustrojów oraz aktywność biochemiczną podłoża w uprawie roślin rolniczych i ogrodniczych. Spośród wielu czynników, mających wpływ na zachowanie stanu równowagi mikrobiologicznej w glebie, jednym z najważniejszych wydaje się być rodzaj nawożenia. Skutki nieprawidłowej gospodarki nawozowej, przejawiają się niejednokrotnie 22