Badania nad wpływem preparatu Encera na uzupełnianie azotu w uprawie roślin

Biologiczne wiązanie azotu atmosferycznego zachodzi w przyrodzie, wyłącznie przy udziale drobnoustrojów. Grupą mikroorganizmów, które są do tego zdolne, są diazotrofy. Jest to liczna i zróżnicowana morfologicznie i fizjologicznie grupa zdolna do procesu asymilacji azotu atmosferycznego. 

Bakteria Gluconacetobacter diazotrophicus (GD) zawarta w preparacie Encera jest zdolna do kolonizacji nie tylko przestrzeni międzykomórkowej, jak inne endofity dostępne na rynku, ale zasiedla również wnętrze komórek. W procesie endocytozy bakteria GD przedostaje się przez błonę komórkową, a co za tym idzie, udostępnia azot bezpośrednio wewnątrz komórki, czyli w najbardziej efektywny sposób. 

Badania dotyczące wsparcia odżywiania roślin azotem przy zastosowaniu bakterii Gluconacetobacter diazotrophicus prowadzone były na Uniwersytecie Przyrodniczym w Lublinie. O opisanie zakresu wykonywanych doświadczeń i wnioski z badań zapytaliśmy naukowców zaangażowanych w ten proces badawczy.

Encera – naukowcy i zakres badań

Dr Piotr Jarocki: Jestem pracownikiem Katedry Biotechnologii, Mikrobiologii i Żywienia Człowieka Uniwersytetu Przyrodniczego w Lublinie. Na co dzień jestem mikrobiologiem i biotechnologiem.

Moja rola w tych badaniach polegała na analizie ilościowej bakterii, zarówno w samym preparacie, jak i detekcja tychże bakterii w materiale roślinnym po aplikacji. Do analiz wykorzystywałem narzędzia biologii molekularnej. W naszych badaniach opracowaliśmy bardzo specyficzny test do wykrywania bakterii Gluconacetobacter diazotrophicus w próbkach, pobieranych do analizy. Wynikiem tych badań było po pierwsze potwierdzenie tego, że te bakterie są w preparacie w ilości, która jest deklarowana przez producenta. Nasze analizy potwierdziły więc jakość samego preparatu oraz to, że  bakteria wnika w roślinę i spełnia funkcje, które są istotne dla odżywiania rośliny i plonowania.

Zastosowana przez nas technika jest znana zarówno w świecie naukowym, jak i w popularnonaukowym, bo jest to metoda QPCR. Chyba wszyscy znamy ją z testów związanych z wykrywaniem wirusa SARS-CoV-2. 

Dr inż. Monika Czernecka: W badaniach nad Encerą zajmowałam się w głównie częścią mikrobiologiczną, ale też doświadczeniami polowymi. Jeśli chodzi o część mikrobiologiczną, badaliśmy przeżywalność bakterii, w mieszaninach z różnymi środkami, takimi jak herbicydy, fungicydy czy insektycydy. W analizach płytkowych badaliśmy także wpływ temperatury na bakterie. 

Inż. Piotr Szypiło: Jestem specjalistą inżynieryjno-technicznym Uniwersytetu Przyrodniczego w Lublinie, a zarazem członkiem Zespołu Badań Środków Ochrony Roślin. Zajmowałem się częścią praktyczną, tzn. częścią polową, doświadczalną, a zarazem częścią doświadczalną prowadzoną w warunkach kontrolowanych, tj. w fitotronie. 

Moja rola polegała na założeniu doświadczenia, tzn. podaniu mieszaniny na poletka doświadczalne, a następnie sprawdzenie działania poprzez wykonanie analiz dostępnymi środkami takimi jak chlorofilomierz i czytnik NDVI. Po zakończeniu części polowej, oznaczałem zawartości azotanów, azotynów w soku komórkowym.

Dr inż. Jakub Wyrostek: W procesie badań nad wpływem preparatu Encera na uzupełnianie azotu w uprawie kukurydzy, pszenicy ozimej, rzepaku ozimego, ziemniaków i buraków cukrowych, jakie prowadzone były na Uniwersytecie Przyrodniczym w Lublinie, odpowiadałem za koordynację prac z ramienia Sumi Agro Poland.

Badanie poziomu chlorofilu w roślinach

W tabelach obrazujących wyniki badań podawana jest zawartość chlorofilu w roślinach. Jaki jest związek tego parametru z zastosowaniem Encery?

Dr inż. Monika Czernecka: Doświadczenia były prowadzone na kilku roślinach. Na pszenicy ozimej, rzepaku ozimym, kukurydzy, buraku cukrowym i ziemniaku. Chlorofil był sprawdzany głównie dlatego, że dostępność azotu jest jednym z głównych czynników, które limitują wzrost rośliny i pierwiastek ten buduje właśnie m.in. chlorofil, czyli im więcej azotu roślina dostaje, tym zawartość chlorofilu jest wyższa, co też potwierdziliśmy w badaniach.

Dr inż. Jakub Wyrostek: Pomiar zawartości chlorofilu jest to jedna z ogólnie znanych metod sprawdzenia wpływu stężenia azotu na roślinę. W pierwszej kolejności azot będzie wykorzystywany do budowy aminokwasów, między innymi jako budulec chlorofilu, a im więcej chlorofilu, tym wydajniejszy jest metabolizm rośliny.

Jest to też poniekąd wskaźnik wegetacji, tak samo jak NDVI –  standardowa metoda odbiciowa, ona też świadczy o indeksie wegetacji, o zieloności roślin, przy czym bezpośrednia analiza chlorofilu jest zdecydowanie dokładniejsza. 

Rodzaje bakterii azotowych

Jakie rodzaje bakterii wiążących azot atmosferyczny mamy na rynku?

Dr inż. Jakub Wyrostek: Bakterie symbiotyczne, które wszyscy znamy to bobowate, czyli np. Rhizobium. Bakterie wolnożyjące, asymbiotyczne, to np.: Azotobacter, Azospirillum z pewnymi wyjątkami tworzącymi asocjacje. No i bakterie endofityczne: Methylobacterium i bakterie azotowe Gluconacetobacter diazotrophicus, które znajdują się w preparacie Encera.

Jak możemy scharakteryzować kluczowe cechy wyróżniające endofity na tle pozostałych rodzajów bakterii azotowych?

Dr inż. Jakub Wyrostek: Zdecydowanie na plus tego rodzaju mikroorganizmów działa to, że endofity mają zdolność wniknięcia do rośliny i w odróżnieniu od większości, bakterii wolnożyjących, co jest najważniejsze, uwalniają azot w trakcie swojego cyklu życiowego. A bakterie wolno żyjące uwalniają zakumulowany azot dopiero po obumarciu komórki bakteryjnej. To jest kluczowa różnica, dlatego że wolno żyjące wykorzystują akumulowany azot dla potrzeb swojego metabolizmu i swoich reakcji i nie uwalniają go w trakcie cyklu życiowego. Akumulują go też zdecydowanie mniej niż bakterie endofityczne czy symbiotyczne jak np. Rhizobium.

Dr inż. Monika Czernecka: Wszystkie Rhizobium i inne bakterie z tego rodzaju, mają bardzo ograniczony zakres stosowania, bo przynależą tylko do danego gatunku roślin i z innymi roślinami nie będą w stanie stworzyć tej symbiozy. Więc jest to ogromne ograniczenie w stosowaniu, głównie wykorzystywane są w roślinach bobowatych. 

W przypadku endofitów, i bakterii wolnożyjących również, to ograniczenie jest zniesione całkowicie. Możemy je stosować na wszystkich roślinach. Z tym że efektywność endofitów (np. Gluconacetobacter diazotrophicus) jest znacznie wyższa.

Dr Piotr Jarocki: I też tutaj warto dodać to, co firma Sumi Agro zaproponowała, czyli kontrolę obecności tych bakterii w roślinie już po zastosowaniu. Firmie zależało na tym, żeby przy pomocy specyficznej metody wykrywać te bakterie już po zastosowaniu. No i to się udało. Nie ukrywam, że ja nie jestem związany z firmą Sumi Agro. Dla mnie to był po prostu materiał badawczy. Miałem wykryć bakterie, czyli to, czym się zajmuję na co dzień i to się udało. Przyznam, że byłem bardzo sceptyczny, bo ilość tych bakterii wydawała mi się dość mała, więc trudna do wykrycia. Ale mimo wszystko na każdym z etapów udawało mi się wykryć bakterie Gluconacetobacter diazotrophicus. 

Czyli możemy powiedzieć, że mamy mocne, pewne wyniki?

Dr Piotr Jarocki: Tak. Stosując kontrolę negatywną i kontrolę pozytywną, uzyskujemy pewne wyniki. To działa na plus Sumi Agro Poland, że chcieli kontrolować obecność bakterii w roślinie na każdym z etapów. Rolnikowi zależy głównie na wzroście plonu. Dodatkowo była przeprowadzona kontrola obecności badanego mikroorganizmu i dzięki temu mamy mocne potwierdzenie, że podwyższony wynik plonowania nie jest dziełem przypadku.

Unikalność Encery

Czy wśród endofitów Gluconacetobacter diazotrophicus wyróżnia się czymś szczególnym?

Dr inż. Jakub Wyrostek: Bardzo. Przede wszystkim inna jest wielkość samej bakterii. Jest to jedna z najmniejszych bakterii endofitycznych obecnych na rynku, dodatkowo dzięki stricte endofitycznemu pochodzeniu wyposażona w mechanizmy umożliwiające wnikanie do wnętrza komórki gospodarza.

Dlaczego jest to ważne? 

Dr inż. Jakub Wyrostek: Ponieważ odchodzi nam dodatkowy koszt energetyczny, który roślina musiałaby zapłacić, transportując jony amonowe do wnętrza komórki, tak jak jest to w przypadku innych endofitów. Tutaj forma amonowa azotu jest uwalniana bezpośrednio wewnątrz komórki, a co za tym idzie, pomijamy aspekt transportu białkami transportowymi. Czyli mamy tu jakby wyższy poziom systemiczności, ponieważ kolonizowana jest nie tylko przestrzeń międzykomórkowa, ale i wewnątrzkomórkowa. Więc bakterie GD działają również wewnątrzkomórkowo. Pokrótce, im bliżej komórki, tym lepiej, wewnątrz komórki najlepiej.

Dodam jeszcze, że nie ma tu ryzyka degradacji ściany komórkowej, Gluconacetobacter diazotrophicus przedostają się do wnętrza komórek na zasadzie endocytozy, czyli tworzenia pęcherzyka. Jest to również związane ze specyficznym mechanizmem enzymatycznym indukowanym przez bakterie GD. Nie ma to negatywnego wpływu na komórkę rośliny. Natomiast dzięki obecności bakterii we wnętrzu komórki forma amonowa azotu jest dużo szybciej wykorzystana w metabolizmie komórki, a bakterie energię z kolei czerpią ze swojego szlaku, chociażby kwasu glukonowego, który wytwarza energię, niezbędną do działania nitrogenazy. Więc to jest istotny aspekt – azot jest uwalniany szybciej, efektywniej. 

Dr inż. Monika Czernecka: Podsumowując, bakteria GD z łatwością wnika do rośliny, włącznie z tym, że wnika aż do komórek i tam pracuje jako mała fabryka azotu. Poziom chlorofilu, który się pojawia w wynikach badań, jest sposobem mierzenia dostępności czy efektywności produkcji azotu. Wyższa zawartość chlorofilu świadczy o tym, że uwolniony przez bakterie azot już jest wykorzystywany w przemianach metabolicznych. 

Dr Piotr Jarocki: To jest tak, że głównym substratem w syntezie chlorofilu jest kwas glutaminowy, jeden z aminokwasów. Azot z kolei jest niezbędny do syntezy aminokwasów, w tym kwasu glutaminowego. W trakcie badań zauważyliśmy, że bakterie te poprawiają kondycje roślin w czasie suszy. Związane jest to z fitohormonami, a konkretnie z kwasem abscysynowym. Regulując jego stężenie, są w stanie zamykać aparaty szparkowe, kiedy jest to niezbędne. Ponieważ sama bakteria potrzebuje wilgoci, kiedy roślina traci wodę, bakteria uruchamia mechanizm obronny, by te straty ograniczyć. Zarówno to, jak i wcześniej wspomniane rezultaty działalności bakterii GD pozwalają osiągać wyższy plon.

Jakość plonu i inne korzyści ze stosowania Encery

Czyli finalnie działalność tych bakterii zawartych w Encerze wpływa na wysokość plonu pozytywnie. A czy wpływa ona na parametry jakościowe?

Dr inż. Monika Czernecka: Tak. W buraku cukrowym wykazaliśmy zwiększenie zawartości cukru, który jest jednym z głównych parametrów jakościowych. W uprawie kukurydzy zaobserwowaliśmy poprawę zaziarnienia kolb.  

Dr Piotr Jarocki wspomniał o pozytywnym wpływie bakterii GD na rośliny w czasie suszy. Jak zastosowanie Encery w warunkach polowych wpłynęło na kondycję roślin wystawionych na ten czynnik stresowy?

Dr inż. Monika Czernecka: W przypadku pszenicy zauważyliśmy zwiększoną odporność na stres suszy. Typowe żółknięcie liści zaobserwowaliśmy kilka dni później w stosunku do obiektów kontrolnych.

Encera w pszenicy 

Jakie były rezultaty stosowania Encery w pszenicy? 

Inż. Piotr Szypiło: 14 dni po zastosowaniu Encery był badany poziom chlorofilu w liściach. W porównaniu do kontroli, gdzie Encera nie była aplikowana, uzyskaliśmy wynik wyższy średnio o 1,5 jednostki SPAD. Efekt zieloności był widoczny gołym okiem. Rośliny na poletkach, na których zastosowano Encerę, wyraźnie odbiegały tonami zieloności, bo tak można przełożyć tę zawartość chlorofilu, jest to znacznik zieloności liści. Podobnie było po 31 dniach. Finalnie plon na poletkach traktowanych Encerą był wyższy o blisko tonę z hektara.

Przeczytaj również artykuł: Encera w uprawie pszenicy ozimej – bakterie azotowe a wysokość plonu

Bakterie azotowe GD na rzepak 

Jak sprawdziła się Encera w rzepaku?

Inż. Piotr Szypiło: W rzepaku, były przeprowadzane te same badania poziomu chlorofilu. Po 21 dniach uzyskano wynik wyższy o około 4 jednostki SPAD więcej. To się przekłada na plon. Wykazaliśmy około pół tony różnicy, w odniesieniu do kontroli.

Encera w kukurydzy

Co wykazały badania nad wpływem preparatu Encera w przypadku zastosowania jej w kukurydzy? 

Inż. Piotr Szypiło: Badania fitotronowe świetnie pokazały wpływ Encery na grubość łodygi, na rozwój systemu korzeniowego, czy szerokość liści kukurydzy. Rośliny, na które aplikowaliśmy Encerę wytworzyły większą biomasę. Dynamika wzrostu, jaką tu zaobserwowaliśmy w pierwszym miesiącu od zastosowania preparatu, prowadzi do jednoznacznie pozytywnych wniosków. W badaniach polowych również potwierdziliśmy pozytywne efekty Encery na kukurydzę.

Efekty dotyczące poziomu chlorofilu mierzyliśmy po 30 i 56 dniach od aplikacji. Już pierwszy pomiar wykazał podwyższenie, a, po 56 dniach od zastosowania wzrost był bardzo znaczący o 7–8 jednostek. No i na koniec najważniejsze. Plon był wyższy o 750 kg/ha. 

Bakterie azotowe GD na ziemniaki

Jakie były efekty stosowania Encery w uprawie ziemniaków?

Inż. Piotr Szypiło: Rośliny ziemniaka zaczęły szybko reagować na wprowadzenie Encery. Można powiedzieć że, wyniki były spektakularne. Na kontroli odnotowano zawartości chlorofilu na poziomie 41 jednostek, a na roślinach potraktowanych Encerą 47 jednostek, to mówi samo za siebie. Tym bardziej że przełożyło się to na dodatkowe 5 ton ziemniaków z hektara.

Warto zauważyć, że wynik Encery stosowanej w mieszaninie zbiornikowej z biostymulatorem Kaishi jest najlepszy. Przy czym kontrola również była potraktowana Kaishi w jednakowej dawce, co świadczy tylko o synergiczności tych dwóch preparatów w badanym układzie. Po wynikach widać potencjał stosowania tych preparatów w duecie. Potwierdziły to badania in vitro, w których zaobserwowaliśmy, że aminokwasy i mikroelementy zawarte w biostymulatorze pobudzają bakterie do namnażania się. 

Encera na buraki cukrowe

Jak sprawdziła się Encera w burakach cukrowych?

Inż. Piotr Szypiło: W uprawie buraka cukrowego wyniki też były bardzo dobre. Zarówno w trakcie wegetacji, odnotowano wysoki poziom chlorofilu, jak i wzrost plonowania. Na poletku, na które Encera była aplikowana z adiuwantem Slippa plon był wyższy o ponad 11 t/ha od kontroli.

Dr inż. Monika Czernecka: Warto też zwrócić uwagę, że wyższy był nie tylko plon korzeni, ale wzrosła także zawartość cukru. To wszystko przekłada się na rentowność uprawy.

Encera w mieszaninach zbiornikowych

Co możemy powiedzieć o doświadczeniach dotyczących mieszania Encery z innymi środkami ochrony roślin, czy szerzej z innymi preparatami stosowanymi w rolnictwie?

Dr inż. Monika Czernecka: W badaniach mikrobiologicznych skupialiśmy się na wpływie mieszania Encery z innymi preparatami Sumi Agro. Wykonaliśmy też część doświadczalną, poletkową. W badaniach laboratoryjnych in vitro, wykonywanych metodą płytkową, do roztworu z maksymalnym zalecanym stężeniem środka, była dodawana odpowiednia ilość bakterii. Było to inkubowane przez około pół godziny. Czyli taki czas, który zajmuje rolnikowi przygotowanie cieczy opryskowej.

Przygotowano szereg rozcieńczeń mieszaniny i posiewano na płytkę w celu zliczenia jednostek tworzących kolonie. Po 48 godzinach sprawdzaliśmy wzrost. Czyli liczyliśmy ilość kolonii bakterii, które wyrosły na płytce. Stąd wiemy, że z całą pewnością możemy Encerę łączyć w mieszaninie zbiornikowej z insektycydami Mospilan 20 SP i Inazuma 130 WG. Nie odnotowaliśmy też negatywnych reakcji z takimi substancjami grzybobójczymi jak piraklostrobina i cyflufenamid znanymi z fungicydów Kendo 50 EW i Bushi 200 EC. Bardzo dobre wyniki uzyskano również w mieszaninie Encery z biostymulatorem Kaishi.

Dr inż. Jakub Wyrostek:. I dodatkowo część z tych kombinacji było zastosowanych w doświadczeniach polowych również w mieszaninie zbiornikowej. Ponadto ustaliliśmy, że możemy też śmiało łączyć Encerę z herbicydem zbożowym Flame Duo 354 SG. Taki wniosek mamy po doświadczeniach w warunkach produkcyjnych w pszenicy ozimej.

Encera z adiuwantem

Dr inż. Monika Czernecka: Trzeba też podkreślić rezultaty stosowania Encery z adiuwantem Slippa. Decyzja należy do rolnika, ale zdecydowanie zalecamy stosowanie adiuwantu w zabiegu z Encerą.

Inż. Piotr Szypiło: Wyjaśnijmy może w skrócie rolę adiuwantu w zabiegu. Slippa zmniejsza napięcie powierzchniowe cieczy opryskowej, co poprawia jej przyczepność do roślin. Taka ciecz robocza dokładnie pokrywa nadziemne części roślin, w znacznie mniejszym stopniu krople odbijają się od liści czy spływają na glebę. Skutkiem tego, bakterie jeszcze skuteczniej kolonizują roślinę. Dlatego mówimy o zwiększeniu efektywności zabiegu dzięki użyciu adiuwantu.

Czy Encera sprawdzi się w naszym klimacie?

Bakterie Gluconacetobacter diazotrophicus wyizolowano z trzciny cukrowej, czyli jej rodzime środowisko jest dalece odmienne od polskich warunków. Czy w związku z tym możemy zakładać, że Encera będzie dobrze działała w naszym klimacie?

Dr inż. Jakub Wyrostek: Wyniki badań, które przeprowadzone zostały w Polsce przez Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie, jednoznacznie wskazują na to, że bakterie GD dobrze funkcjonują w naszej strefie klimatycznej. To widać i po przyroście chlorofilu, azotu i przede wszystkim po wzroście plonów.  

Dr inż. Monika Czernecka: Gluconacetobacter diazotrophicus doskonale sobie radzą nie tylko w trzcinie cukrowej, ale kolonizują też inne rośliny. Zdolność kolonizowania i brak zwalczania przez system immunologiczny gospodarza świadczy o tym, że bakterie azotowe zawarte w Encera świetnie odnajdują się w naszym środowisku i wspomagają rozwój roślin.

Korzyści ze stosowania Encery – podsumowanie

Podsumujmy, jakie korzyści wynikają dla rolników ze stosowania Encery?

Inż. Piotr Szypiło: Z pewnością podstawową korzyścią ze stosowania Encery jest plon. Wzrost plonu zaobserwowaliśmy w każdej badanej roślinie uprawnej w doświadczeniach polowych.

Dr inż. Monika Czernecka: Wzrost plonu to zasługa m.in. lepszego odżywienia rośliny. Ale istotna jest też większa odporność na stres, np. na suszę. Ważna jest też poprawa jakości produktu finalnego, czyli wzrost zawartości cukru w burakach czy poprawa zaziarnienia kolb kukurydzy. 

Inż. Piotr Szypiło: Dodatkowo pamiętajmy, że dobrze odżywiona roślina jest bardziej odporna na choroby i na szkodniki. Kolejną ważną kwestią jest możliwość tworzenia mieszanin zbiornikowych zawierających Encerę, czyli ograniczenie liczby wjazdów na pole.

Szerokie zastosowanie Encery

Powiedzieliśmy o wynikach badań, przeprowadzonych przez Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie, dotyczących wpływu Encery na uprawę kukurydzy, pszenicy, rzepaku, ziemniaków i buraków cukrowych. Wyniki w tych uprawach są bardzo dobre, ale czy możemy zakładać, że Encera sprawdzi się też w innych zastosowaniach?

Dr inż. Jakub Wyrostek: Jak najbardziej, zresztą ma to odbicie w etykiecie produktu. Poza wspomnianymi uprawami rolniczymi Encerę można stosować, chociażby w uprawie warzyw liściowych, cebulowych i kapustnych, ale też na plantacjach pomidorów, ogórków papryki czy truskawek.

Bakterie Gluconacetobacter diazotrophicus – podsumowanie

Skuteczność bakterii Gluconacetobacter diazotrophicus, zawartych w preparacie Encera, w podnoszeniu plonu została bezsprzecznie potwierdzona w badaniach naukowych, zarówno na świecie jak i w Polsce. Co bardzo istotne, pozytywne efekty stosowania tego preparatu z powodzeniem zweryfikowali też polscy rolnicy, którzy podczas doświadczeń wdrożeniowych korzystali z Encery w warunkach produkcyjnych.