Nové trendy vo výskume a vývoji nosičov mikroorganizmov pre poľnohospodárske aplikácie

New trends in research and development of microorganism carriers for agricultural applications

Abstrakt

Nosičové systémy pôdnych rizobaktérií podporujúcich rast rastlín (PGPR) predstavujú moderný spôsob náhrady konvenčných hnojív v poľnohospodárstve. PGPR sa prirodzene vyskytujú v pôde a disponujú pozitívnym vplyvom na rast a vývoj rastliny. Problémom konvenčných hnojív je ich nešetrnosť k pôde, ktorá s ich použitím stráca na kvalite. Tradičné hnojivá na báze dusíka a superfosfátové hnojivá nepriamo spôsobujú eutrofizáciu priľahlých vodných telies. Zároveň syntetické dusíkaté hnojivá zvyšujú kyslosť pôdy, čím nepriaznivo vplývajú na výskyt mikrobiálnych kultúr v pôde. Pre zachovanie kvality pôdy sa javí ako vhodná alternatíva dopraviť PGP mikroorganizmus do pôdy, ktorý je enkrustovaný v polymérnom nosičovom systéme na prírodnej báze. Enkrustácia je potrebná pre zachovanie životaschopnosti mikroorganizmu pred aplikáciou bioinokulantu do pôdy. Cieľom práce bolo navrhnúť a pripraviť rôzne formulácie bioinokulantu s použitím mikroorganizmu Azotobacter vinelandii a nosičom preň bol alginátový hydrogél. Hydrogél bol chemicky sieťovaný pomocou roztoku CaCl2 . Modelovou rastlinou pre testovanie účinnosti bioinokulantov bol hlávkový šalát Lactuca sativa. Základnými formuláciami bioinokulantu boli tie, pripravené tzv. „mokrou cestou“. To znamená, že semeno šalátu bolo namáčané najskôr do kultúry A. vinelandii, a potom do sieťovacieho činidla CaCl2 . Pre tento typ bioinokulantov sa pracovalo s kmeňmi A. vinelandii CCM 289, DSM 87 a DSM 720. Zároveň boli niektoré semená vrstvené viacnásobne, a súčasne boli pozorované rozdiely v použití rôznych koncentrácií roztoku CaCl2 (2 % hm.; 1 % hm.; 0,5 % hm.). Taktiež boli bioinokulanty pripravené vrstvením práškom lyofilizovaných kultúr, ktorý bol resuspendovaný vo vode. V tomto prípade sa jednalo len o nanesenie vrstvy alebo viacerých vrstiev a vysušenie. Každé ošetrenie bolo vykonané vo viacerých opakovaniach pre kvantif ikáciu. Všetky semienka ošetrené bioinokulantmi boli zasadené do priehľadného agarového gélu, ktorý bol umiestnený do skúmaviek. Pre kontrolu boli do agaru zasadené aj neošetrené semená šalátu. Všetky skúmavky boli po dobu experimentu umiestnené v prostredí s vysokou vlhkosťou a každý deň prebehla dokumentácia a kvantifikácia rastu šalátu. Bolo zistené, že najvhodnejším kmeňom sa javil CCM 289. Najvhodnejším bioinokulantom z hľadiska povahy vzniknutého gélu sa ukázal ten vzniknutý sieťovaním s 2 % hm. CaCl2 . Rýchlosť rastu neošetrených kultúr bol pozorovaný ako negatívna kontrola. Rýchlosť rastu semien ošetrených lyofilizovanými kultúrami bola veľmi podobná rýchlosti rastu negatívnej kontroly. V prípade bioinokulantov pripravených mokrou cestou neboli výsledky medzi jednotlivými ošetreniami dostatočne spoľahlivé, aby bolo možné stanoviť presný trend vplyvu koncentrácie sieťovacieho činidla a počet vrstiev bioinokulantu na rast rastliny. Podozrením na pomalší trend rastu u bioinokulantov pripravených mokrou cestou bola prítomnosť Cl- iónov v bezprostrednej blízkosti semena, a tým dochádzalo k určitej forme inhibície rastu. Na záver experimentu bola vykonaná morfologická analýza pripravených vrstiev oboch typov bioinokulantov metódou rastrovacej elektrónovej mikroskopie (SEM). Zároveň boli stanovené vybrané PGPR efekty pripravených bioinokulantov.

Carrier systems of plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR) represent a modern way of replacing conventional fertilizers in agriculture. PGPR occur naturally in the soil and have a positive effect on plant growth and development. The problem with conventional fertilizers is that they are harmful to the soil, which loses its quality when they are used. Traditional nitrogen-based fertilizers and superphosphate fertilizers indirectly cause eutrophication of adjacent water bodies. At the same time, synthetic nitrogen fertilizers increase soil acidity, which adversely affects the occurrence of microbial cultures in the soil. To preserve soil quality, a suitable alternative appears to be to introduce PGP microorganisms into the soil, which are encrusted in a natural polymer carrier system. Encrustation is necessary to preserve the viability of the microorganism before applying the bioinoculant to the soil. The aim of the work was to design and prepare various formulations of bioinoculant using the microorganism Azotobacter vinelandii and alginate hydrogel as a carrier. The hydrogel was chemically cross-linked using a CaCl2 solution. The model plant for testing the effectiveness of bioinoculants was Lactuca sativa lettuce. The basic formulations of the bioinoculant were those prepared by the so-called "wet method". This means that the lettuce seeds were first soaked in an A. vinelandii culture and then in a CaCl2 cross-linking agent. For this type of bioinoculant, the strains A. vinelandii CCM 289, DSM 87, and DSM 720 were used. At the same time, some seeds were coated multiple times, and differences were observed in the use of different concentrations of CaCl2 solution (2% wt.; 1% wt.; 0.5% wt.). Bioinoculants were also prepared by coating with powdered lyophilized cultures that were resuspended in water. In this case, it was only a matter of applying one or more layers and drying. Each treatment was performed in several replicates for quantification. All seeds treated with bioinoculants were planted in a transparent agar gel, which was placed in test tubes. Untreated lettuce seeds were also planted in the agar for control purposes. All test tubes were placed in a high-humidity environment for the duration of the experiment, and the growth of the lettuce was documented and quantified on a daily basis. CCM 289 was found to be the most suitable strain. The most suitable bioinoculant in terms of the nature of the gel formed was the one formed by cross-linking with 2% w/w CaCl2. The growth rate of untreated cultures was observed as a negative control. The growth rate of seeds treated with lyophilized cultures was very similar to that of the negative control. In the case of bioinoculants prepared by the wet method, the results between the individual treatments were not reliable enough to determine the exact trend of the effect of the concentration of the cross-linking agent and the number of layers of bioinoculant on plant growth. The suspected slower growth trend in bioinoculants prepared by the wet method was due to the presence of Cl- ions in the immediate vicinity of the seed, which caused some form of growth inhibition. At the end of the experiment, a morphological analysis of the prepared layers of both types of bioinoculants was performed using SEM. At the same time, selected PGPR effects of the prepared bioinoculants.

alginát, Azotobacter vinelandii, gél, zapuzdrenie, obal semien

alginate, Azotobacter vinelandii, gel, encapsulation, seed coating

ROHÁČ, M.; SEDLÁČEK, P.; SÚKENÍK, M.

27.11.2025

Vysoké učení technické v Brně

Brno

978-80-214-6388-2

studentská odborná konference CHEMIE JE ŽIVOT 27—11— 2025

32

32

91

https://www.fch.vut.cz/vav/konference/sok/vystupy/sok-2025-sbornikabstraktu-pdf-p321225