Nagy László Nagy László Géza Tóth Brigitta Makleit Péter Veres Szilvia Biotrágyák hatása napraforgó (Helianthus annuus L.) fiziológiai paramétereire Effects of biofertiliser on sunflower s (Helianthus annuus L.) fiziológiai paramétereire szveres@agr.unideb.hu Debreceni Egyetem, Agrár- és Gazdálkodástudományok Centruma, Mezőgazdasági-, Élelmiszertudományi és Környezetgazdálkodási Kar, Növénytudományi Intézet, Mezőgazdasági Növénytani és Növényélettani Tanszék, 4032, Debrecen, Böszörményi u. 138. Bevezetés Az olajos növények felhasználásának sokrétűsége megkülönböztetett jelentőségűvé tette ezt a csoportot. A termesztés eredményességét befolyásoló tényezők egyike a növények tápanyagellátása. Különösen jelentős az emberi fogyasztásra szánt termékek mennyiségi jellemzői mellett azok minősége is. A nem megfelelő mennyiségű műtrágya használat talajsavanyító hatásaként fokozódhat például a nehézfémek felvétele is. A hasznos, növényi növekedést serkentő talaj mikroorganizmusok (PGPR=plant growth promoting bacteria) biotrágyaként való alkalmazása a fenntartható, zöld mezőgazdaság egyik fontos eszközévé válik. Eredményeképpen csökkenthető a kijuttatott műtrágyák mennyisége, mely gazdasági, természet- és környezetvédelmi szempontból is lényeges. Ugyanakkor várakozásainknak megfelelően, azonos termésmennyiség mellett megfelelő minőségű terméseket kaphatunk. Hazánk napraforgó termesztési mutatói alapján az utóbbi években mind Európában, mind a világon előkelő helyet foglal el. A termesztés során alkalmazott önálló, vagy kiegészítő biotrágyázás mind minőségi, mind mennyiségi téren további fejlődést jelenthet. Kontrollált, hidropónikus körülmények között végzett kísérleteink tesztnövénye a napraforgó (Helianthus annuus L.) cv. Alexandra hibridje volt. Munkánk során 3 baktérium tartalmú biotrágya hatását vizsgáltuk. Mértük a hajtások száraz és friss tömegét, meghatároztuk a specifikus levélterület (SLA) értékét. A gyökér esetében a száraz tömeg változását követtük nyomon. A kísérlet során mértük idősebb és fiatalabb levelek relatív klorofill tartalmát is. Eredményeink szerint az alkalmazott biotrágyák eltérően befolyásolták a vizsgált paramétereket. Növelő hatással voltak a szárazanyag produkcióra, ezen belül is a gyökér gyarapodására. Ugyanakkor a különböző biotrágyák hatékonysága között is különbség volt kimutatható, melynek oka valószínűleg az eltérő baktérium tartalmon alapul. 440
Irodalmi áttekintés A tápanyagok hozzáférhetőségét és felvételét a növényi szervezetet körülvevő környezet nagymértékben befolyásolja és meghatározza. Az élelmiszer minőséggel szembeni követelmények felvetik a végtermék minőségét is meghatározó növény-táplálás kérdéseit. A talajélet meghatározó jelentőséggel bír a tápanyagok mobilizálásában. A talajbaktériumok hasznos szerepe igen sokrétű, amely a gazdanövénnyel való kapcsolatot illeti (PGPB- Plant Growth Promoting Bacteria). Növelik a tápelemek oldékonyságát és felvételét. Stimulálják a növény növekedését, azáltal, hogy kontrollálják a patogén kórokozók káros hatásait (Vessey, 2003). Ez az oka annak, hogy a növény növekedését elősegítő mikroorganizmusok, mint biotrágyák használata egyre inkább előtérbe kerül, hiszen az állattartás csökkenésével, mérsékeltebb a kijutatott szerves trágya mennyisége, amelyet a talajok hasznos baktériumokban való elszegényedése követ. A kereskedelmi biotrágyákban lévő különféle baktériumok több lehetséges pozitív hatást fejthetnek ki. Szakirodalmi adatok szerint elősegítik a növény fejlődését pl. fitohormonokon keresztül, javítják a növény tápanyagellátását, a biológiai N 2 fixáláson keresztül, a nehezen oldódó tápanyagok (P, K, NH 4+, Fe, Mn, Zn) kémiai mobilizációján át, a gyökerek differenciálódásán vagy a mikorrhizáltságán keresztül (Wu et al. 2005). Javítják a növény egészségi állapotát, rezisztencia kialakításával a biotikus és abiotikus stressz faktorokkal szemben, valamint patogén antagonizmussal (Bloemberg és Lugtenberg, 2001; Vessey, 2003). A mikroorganizmusok növényi tápanyagfelvételt segítő képessége két alapvető hatásra vezethető vissza. Egyrészt fokozzák a tápanyagok feltáródását, mobilitását, másrészt közvetlenül növelik a tápanyagfelvételt. Korai kutatások eredményeként tisztázódott (Gerretsen, 1948; Katznelson és Bose, 1959), hogy az inokulált baktériumok elősegítették a foszfor felvehetőségét, a szerves foszfátok mineralizációját fokozták, az oldhatatlan foszfátot oldhatóvá tették. A talaj beoltása Azospirillum brasiliese-vel a búza, a cirok és a kukorica esetében jelentősen növelte a nitrogén, a kálium és a foszfor felvételét (Morgenstein és Okon, 1987). A talaj-növény-mikroorganizmus kölcsönhatás a növények tápanyagellátásában alapvető fontosságú. A mikroorganizmusok serkenthetik, gátolhatják, vagy akár hatás nélkül is lehetnek a gyökerek növekedésére. Hatásuk a mikroorganizmus típusától, a növénytől és a környezeti feltételektől függ. A komplex rizoszféra mikroflórával injektált talajon az elsődleges gyökérnövekedés valamint hajszálgyökér képződés gátlását tapasztalták a steril talajon nevelt növényekhez viszonyítva (Fusseder, 1984; Rovira et al., 1983). Anyag és módszer Kontrollált, hidropónikus körülmények között végzett kísérleteink tesztnövénye a napraforgó (Helianthus annuus L.) cv. Alexandra hibridje volt. A 3 cm-es csíranövényeket tápoldatra helyeztük, egy 1,7 L-es edénybe 4 növény került, kezelésenként 3 edényt állítottunk be. A tápoldatokat háromnaponta cseréltük és ezzel egy időben mértük a friss és a lecserélt tápoldatok ph-ját. A tápoldatok levegőztetése folyamatos volt. A tápoldat összetétele a következő: 2,0 mm Ca(NO 3 ) 2, 0,7 mm K 2 SO 4, 0,5 mm MgSO 4, 0,1 mm KH 2 PO 4, 0,1 mm KCl, 10 µm H 3 BO 3, (egyszikűeknél 1µM H 3 BO 3 )1 µm MnSO 4, 1 µm ZnSO 4, 0,25 µm 441
CuSO 4, 0,01 µm (NH 4 ) 6 Mo 7 O 24. A növények a vasat 10-4 M FeEDTA formában kapták. Munkánk során 3, baktériumokat tartalmazó biotrágya hatását vizsgáltuk (A-biotrágya, B- biotrágya, C-biotrágya). A biotrágyákat 1ml L -1 mennyiségben adtuk a tápoldathoz. A környezeti feltételek szabályozottak voltak: a fényintenzitás 220 µem -2 s -1, a hőmérséklet periodicitása 25/23 C (nappal/éjjel), a relatív páratartalom (RH) 65-75%, a megvilágítás/sötét periódus 16 h/8 h volt. Vizsgálataink során mértük a hajtások száraz és friss tömegét. A szárazanyag megállapítása céljából a hajtásokat és a gyökereket is 80C -os szárítószekrényben súlyállandóságig szárítottuk. A súlymérésekhez OHAUS Explorer (Svájc) típusú analitikai mérleget használtunk. Meghatároztuk a specifikus levélterület (SLA=terület/száraz tömeg) értékét. A gyökér esetében a száraz tömeg változását követtük nyomon. A kísérlet során mértük idősebb (1. levél) és fiatalabb (2. levél) levelek relatív klorofill tartalmát (SPAD-502). Eredmények és értékelésük A növény szárazanyag tartalmának a változása mindig fontos vizsgálati paraméter. A mezőgazdasági termelés eredményességének a szempontjából a megfelelő mértékű növényi produkció elengedhetetlen fontosságú, melynek a szárazanyag gyarapodás az egyik legfőbb ismérve. A szerves- és műtrágyázás biotrágyákkal való helyettesítése szempontjából is elsődleges kérdés a száraz tömeg gyarapodása. Kísérleteink során nyomon követtük napraforgó hajtás és gyökér szárazanyag tartalmának a változását mind a kontroll, mind a különböző biotrágya kezelés hatására (1. ábra). A hajtás esetében az alkalmazott biotrágyák közül kettő (B- és C-biotrágya) mintegy 10%-kal növelte a száraz tömeget. 442
1,2 0,25 hajtás szárazanyag tartalom (g) 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 hajtás gyökér 0,20 0,15 0,10 0,05 gyökér szárazanyag tartalom (g) 0,0 kontroll A-biotrágya B-biotrágya C-biotrágya 0,00 kezelések 1. ábra Napraforgó hajtás és gyökér szárazanyag tartalmának (g) változása különböző baktérium tartalmú biotrágyáknál (A-, B- és C-biotrágya), n=9±s.e. A gyökér szárazanyag tartalma mindhárom biotrágya hatására növekedett, bár a különbségek nem szignifikánsak. Az A-biotrágya kezelés esetében 15%-kal nagyobb lett a gyökér szárazanyag tartalma a kontrollhoz viszonyítva. Kísérleteink során mértük a kezelések hatását a specifikus levélterület változására is. A specifikus levélterület (SLA) az átlagos levélterület kiterjedést a levél száraztömegéhez viszonyítva fejezi ki (mm 2 mg -1 vagy m 2 g -1 ), azaz az egységnyi levéltömegre jutó levélterület jellemzi.. Az SLA a levélszerkezet egy jellemzője, nagyságát a levél vastagsága és a mechanikai, például szklerenchima szövetek aránya határozzák meg. Jelentősen különbözhet a növényfajok között, és fajon belül is nagy varianciát mutat (Kalapos, 1994). A magas SLA érték a vékony leveleknek a viszonylag nagy területét jelzi, míg alacsonyabb értéknél éppen fordítva. Míg a kezelések hatása között nem volt szignifikáns eltérés a szárazanyag produkcióban, addig a biotrágya kezelések szignifikánsan eltérő értéket adtak a kontrollhoz viszonyítva. Az A- biotrágya alkalmazása hatására 27%-kal nagyobb SLA értéket mértünk a kontrollhoz 443
viszonyítva. A B-biotrágya esetében ez a különbség 18%, míg a C-biotrágya hatása is 10%-kal növelte a fajlagos levélterület értékét a kontrollhoz képest. A viszonylag nagy levélterület előnyt jelenthet a nagyobb fotoszintetikus hatékonysághoz. A fotoszintetikus aktivitás értékét a fotoszintetikus pigmentek mennyiségi és minőségi jellemzői elsődlegesen meghatározzák. 160 specifikus levélterület (SLA) mm 2 mg -1 140 120 100 80 60 40 20 *** * * 0 kontroll A-biotrágya B-biotrágya C-biotrágya kezelések 2. ábra A specifikus levélterület (SLA) értéke (mm 2 mg -1 ) biotrágya kezelések hatására. n=6±s.e., p<0.05*, p<0.01**, p<0.001*** a kontroll értékkel összevetve A SPAD-502 relatív klorofill tartalmat meghatározó műszer. A SPAD-értékek pozitívan korrelálnak a klorofill-tartalommal (Tobias et al. 1994; Van der Berg és Perkins 2004; Haripriya et al., 2008). A klorofill tartalom változása és a kapcsolat a klorofill koncenrtáció és a SPAD-értékek között fontos mutató, ami változik a növény korával (Wang et al. 2009). 444
42 relatív klorofill tatralom (Spad-index) 40 38 36 34 32 30 28 idős fiatal ** 26 kontroll A-biotrágya B-biotrágya C-biotrágya kezelések 3. ábra A relatív klorofill tartalom (Spad-index) változása biotrágya kezelés hatására napraforgó idős és fiatal leveleiben. n=36±s.e., p<0.01** a kontroll értékkel összevetve Vizsgálataink során mértük a biotrágyákkal kezelt és kontroll napraforgó fiatal és idősebb leveleinek relatív klorofill tartalmát (3. ábra). Az idősebb levelek esetében a biotrágya kezelések hatására nem növekedett szignifikánsan a Spad-index értéke. A később kifejlődött, fiatalabb leveleknél viszont markánsabb emelkedést tapasztalhattunk. Az A-biotrágyánál 10%-kal nagyobb relatív klorofill tartalom értékeket mértünk a kontrollhoz képest, a másik két alkalmazott biotrágyánál is növekedés mutatható ki a fiatalabb levelek tekintetében, ugyanakkor ez a különbség nem szignifikáns. A biotrágya kezelés hatására bekövetkezett intenzívebb gyökérnövekedés mellett a magasabb klorofill tartalom is hozzájárul a nagyobb növényi produkcióhoz A műtrágyák vagy legalábbis egy részük biotrágyákkal való lecserélése a mezőgazdasági termelés fenntartható fejlődési folyamatának egy fontos lépcsőjét jelenthetik. A biotrágyák vegyszer-tartalma kisebb, mint a műtrágyáké, valamint olyan hasznos mikroorganizmusokat tartalmaznak, melyek élettevékenységeinek köszönhetően a légkör és a talaj meglévő tápelemeinek felszabadítása és felvétele javul. Eredményeink szerint az alkalmazott biotrágyák eltérően befolyásolták a vizsgált paramétereket. Növelő hatással voltak a szárazanyag produkcióra, ezen belül is a gyökér gyarapodására. Ugyanakkor a különböző biotrágyák hatékonysága között is különbség volt kimutatható a vizsgált fiziológiai jellemzőtől függően. Ezek közül a jellemzők közül legérzékenyebben a fajlagos levélterület értéke reagált a biotrágya 445
kezelésekre. Mindhárom baktérium alapú biotrágya tartalmaz légköri nitrogént kötő baktériumot, melyek tevékenysége hozzájárul a szárazanyag gyarapodáshoz. Eredményeink szerint a fiatalabb levelek esetében a biotrágyák kifejezettebb hatása volt kimutatható. Az eltérő biotrágya hatás és a hibrid-érzékenység megállapításához további vizsgálatok szükségesek. Irodalomjegyzék Bloemberg, G.V., Lugtenberg., V.J. (2001): Molecular basis of plant growth promotion and biocontrol by rhizobacteria, Curr. Opin. Plant Biol., Vol. 4: 343 350 Fusseder, A. (1984). Der Einfluss von Bodenart, Durchlüftung des Bodes, N-Ernährung und Rizosphärenflora auf die Morphologie des seminalen Wurzelsystem von Mais. Z. Pflanzenernähr. Bodenk. 147, 553-565 Gerretsen, F.C. (1948): The influence of microorganisms on the phosphate intake by the plant. Plant Soil 1: 51-81 Haripriya, A. M., Byju, G. (2008): Chlorophyll meter and leaf colour chart to estimate chlorophyll content, leaf colour, and yield of cassava. Photosynthetica, 46(4): 511-516 Kalapos, T. (1994): Homokpusztagyepi növények fotoszintézisének és vízforgalmának vizsgálata, különös tekintettel az időszakos szárazság hatására. Kandidátusi értekezés, ELTE, Budapest, pp.150 Katznelson, H., and Bose, B. (1959). Metabolic activity and phosphate dissolving capability of bacterial isolates from wheat roots, rhizosphere and non-rhizosphere soil. Can. J. Microbiol. 5: 79-85 Morgenstein, E., Okon, Y. (1987): Promotion of plant growth and NO 3 - and Rb + uptake in Sorghum bicolor x Sorghum sudanense inokulated with Azospirillum brasilense Cd. Arid Soil Res. Rehabil. 1: 211-217 Rovira, A.D., Bowen, G.D., Foster, R.C. (1983). The significance of rhizosphere microflora and mycorrhizas in plant nutrition. In Encyclopedia of Plant Physiology, New Series (A.Lauchli and R.L.Bielski, eds.) Vol.15A, 61-89. Springer Verlag, Berlin Tobias, D.J., Yosihkawa, K., Ikemoto, A. (1994): Seasonal changes of leaf chlorophyll content in the crowns of several broad-leaved tree species. J Jap Soc Reveget Technology, 20(1): 21-32 Van der Berg, A.K. Perkins, T. D. (2004): Evaluation of a portable chlorophyll meter to estimate chlorophyll and nitrogen contents in sugar maple (Acer saccharum Marsh) leaves. Forest Ecology and Management, 200: 113-117 446
Vessey, J. K.: 2003. Plant growth promoting rhizobacteria as biofertilizers. Plant and Soil Vol. 255(2): 571-586 Wang, Y., Hong, W., Wu, C.H., Lin, H., Fan, H., Chen, C., Li, J. (2009): Variation of SPAD values in uneven-aged leaves of different dominant species in Castanopsis carlessi forest in Lingshishan National Forest Park. Journal of Forestry Research, 20(4): 362 366 Wu S.C., Cao, Z.H., Li, Z.G., Cheung, K.C., Wong, M.H.. (2005): Effects of biofertilizer containing N-fixer, P and K solubilizers and AM fungi on maize growth: a greenhouse trial. Geoderma, Vol. 125:155 166 447