Biostymulacja roślin

Biostymulacja roślin

Nawożenie mineralne stanowi fundament prawidłowo prowadzonej strategii uprawy roślin, jednakże w ostatnim okresie coraz większego znaczenia nabierają działania mające na celu wzmocnienie roślin i zwiększenie ich odporności na czynniki stresowe. Jednym z takich rozwiązań jest biostymulacja roślin. Połączenie biostymulacji z prawidłową uprawą roli, zmianowaniem, zbilansowanym nawożeniem oraz uzasadnionym stosowaniem środków ochrony roślin daje możliwość otrzymania wyższych plonów o lepszych parametrach jakościowych, niż gwarantują to tradycyjnie stosowane metody agrotechniczne. Wykorzystanie substancji biostymulujących w uprawie roślin wpływa na zwiększenie efektywności pobierania i wykorzystania przez rośliny składników nawozowych oraz ograniczenie ich strat, co w znacznym stopniu przekłada się na poprawę efektywności ekonomicznej gospodarstw.

Należy pamiętać, że w okresie wegetacji rośliny narażone są na działanie wielu czynników stresowych, w tym między innymi stresów biotycznych, takich jak choroby grzybowe, bakteryjne, wirusowe i szkodniki oraz stresów abiotycznych (wysokie i niskie temperatury, niedobory i nadmiary wody, zakwaszenie gleby czy jej zasolenie). W sytuacji wystąpienia czynnika stresowego rośliny starają się go jak najszybciej przezwyciężyć, między innymi poprzez przekierowanie swoich procesów biochemicznych na walkę ze stresem, co w znacznym stopniu wpływa na ograniczenie wzrostu i rozwoju, prowadząc do obniżenia plonowania i pogorszenia parametrów jakościowych plonu użytkowego.

Przykład zastosowania biostymulacji w uprawie rzepaku

Co to są biostymulatory?

Zgodnie z definicją Europejskiego Stowarzyszenia Producentów Biostymulatorów (EBIC) biostymulatory to substancje i/lub mikroorganizmy, których funkcją po zastosowaniu na rośliny lub ryzosferę jest stymulacja naturalnych procesów, które promują/poprawiają wchłanianie lub wykorzystanie składników odżywczych, tolerancję na stresy abiotyczne, jakość lub plon uprawy, niezależnie od obecności składników odżywczych.

Biostymulatory nie zastępują nawozów, ale są stosowane jako ich uzupełnienie. Wprowadzanie na rynek substancji biostymulujących wynika z zapotrzebowania na nowe rozwiązania, które umożliwią zmaksymalizowanie plonów, zarówno pod względem ilości, jak i jakości, w niesprzyjających warunkach klimatycznych. Należy podkreślić, że w ciągu ostatnich 20 lat średnia temperatura wzrosła o prawie 2 ºC, a ekstremalne zjawiska pogodowe stają się zjawiskiem coraz powszechniejszym.

Biostymulatory to związki zawierające substancje aktywne pochodzenia naturalnego lub syntetycznego, mające na celu zwiększenie wydajności i jakości w produkcji roślinnej, między innymi poprzez ograniczanie wpływu stresów biotycznych i abiotycznych, intensyfikację wchłaniania i przemian składników odżywczych oraz maksymalizację potencjału genetycznego upraw. Regulują ekspresję genów biorących udział w funkcjach fizjologicznych odpowiedzialnych za wydajność agronomiczną roślin. Biostymulatory sterują i przyspieszają procesy życiowe roślin oraz stymulują rozwój korzeni, łodyg i liści. Stymulacja rośliny na poziomie korzeni i liści wpływa na lepsze wchłanianie składników odżywczych, a zwłaszcza azotu. Wspomagają rozwój roślin, na przykład poprzez regulację procesu fotosyntezy, a także wspierają w roślinach procesy pobierania i transportu wody wraz z substancjami pokarmowymi. Natomiast poprzez wzrost aktywności enzymów antyoksydacyjnych zwiększają neutralizację związków toksycznych powstających w sytuacji stresowej.

Ekstrakty z alg morskich

Ważnym aspektem stosowania biostymulatorów jest ich wpływ na ograniczenie wrażliwości roślin na choroby grzybowe i bakteryjne. Stosowanie biostymulatorów jest szczególnie skuteczne w przypadku uprawy roślin w niekorzystnych warunkach środowiskowych. Z kolei zastosowanie substancji biostymulujących w przypadku roślin zdrowych, które uprawiane są w dobrych warunkach siedliskowych, zmienia metabolizm roślin pod kątem zwiększenia ich odporności na pojawiające się w ich otoczeniu sytuacje stresowe. Dlatego też aplikacja doglebowa, jak i nalistna substancji biostymulujących, połączona z właściwie prowadzoną strategią nawożenia roślin, może w istotny sposób zapobiegać obniżaniu plonowania roślin uprawnych w niekorzystnych warunkach środowiskowych. W Polsce w ostatnim okresie w uprawach rolniczych, ogrodniczych i warzywniczych coraz większego znaczenia nabiera stosowanie substancji biostymulujących produkowanych na bazie ekstraktów z alg morskich, aminokwasów, chitozanu, kwasów humusowych i huminowych oraz krzemu.

Algi brunatne, zawarte w środkach biostymulujących, pełnią funkcję regulatorów wzrostu i rozwoju roślin, osmoprotektantów, środków wpływających na poprawę parametrów glebowych oraz są źródłem substancji bioaktywnych stymulujących procesy życiowe roślin. Zawierają laminarynę, alginiany (sole kwasu alginowego), betainy, proliny, cytokininy, auksyny i substancje auksynopodobne oraz kwas indolilooctowy.

Występujące w biostymulatorach algi brunatne zwiększając zawartość chlorofilu w liściach, wpływają na wzrost aktywności fotosyntetycznej roślin i w konsekwencji na zwiększenie plonu. Stymulują wzrost i rozwój systemu korzeniowego, poprawiają przyswajalność składników pokarmowych przez rośliny, wpływają na wzrost syntezy fitohormonów, przyspieszają kwitnienie i tworzenie owoców oraz przeciwdziałają stresom abiotycznym.

Co zawierają algi morskie? Dlaczego warto je stosować?

Laminaryna obecna w algach brunatnych wpływa na stymulację naturalnej odporności roślin oraz uczestniczy w aktywacji genów odpowiadających za syntezę białek związanych z patogenezą. Alginian, jako składnik ścian komórkowych, tworzy struktury wiążące wodę i w konsekwencji zapobiega wysuszeniu roślin. Betaina chroni komórki oraz ich wielkocząsteczkowe komponenty przed stresem osmotycznym. Egzogennie dostarczona betaina chroni rośliny wyższe przed stresem wywołanym niską i wysoką temperaturą.

Zastosowanie alg brunatnych w biostymulatorach zwiększa zawartość cytokinin w roślinach. Wyciągi z alg wzmagają proces przemieszczania się cytokinin do tworzących się owoców, jak również wpływają na wzrost syntezy egzogennych cytokinin bezpośrednio w owocach. Cytokininy występujące w biostymulatorach regulują tempo podziałów komórkowych, stymulują kiełkowanie nasion oraz wpływają na procesy starzenia się roślin poprzez hamowanie rozkładu białek.

Aminokwasy w biostymulatorach

Aminokwasy zawarte w biostymulatorach dzięki pełnej kompatybilności z metabolizmem roślin umożliwiają efektywny transport składników pokarmowych do obszarów, w których są one w danym momencie niezbędne lub też występuje ich największy niedobór. Dostarczają one roślinie dużej porcji energii niezbędnej między innymi do pobudzenia jej wzrostu i rozwoju, do prowadzenia szeregu procesów metabolicznych, jak również łagodzenia skutków stresów biotycznych i abiotycznych, bez wyraźnego wpływu na proces tworzenia się plonu. Wpływ aminokwasów zawartych w środkach biostymulujących na zwiększenie plonu użytkowego polega na ich korzystnym oddziaływaniu na intensywność procesu fotosyntezy poprzez zwiększenie zawartości chlorofilu w roślinach oraz powierzchni asymilacyjnej liści.

Wśród aminokwasów występujących w środkach biostymulujących znajduje się między innymi tryptofan, stanowiący prekursor kwasu indolilooctowego, wspomagającego syntezę auksyn, stanowiących hormony wpływające głównie na szybkość wydłużania się łodyg i korzeni, jak również na otwieranie się pąków liściowych, a także aktywność enzymów i tworzenie białek. Z kolei glicyna i kwas glutaminowy są podstawowymi składnikami tkanek roślinnych oraz chlorofilu, co wpływa na zwiększenie ilości asymilatów tworzonych w procesie fotosyntezy. Glicyna wykazuje również zdolność do chelatowania metali ciężkich, co zabezpiecza roślinę przed ich toksycznym wpływem. Natomiast kwas glutaminowy wpływa dodatkowo na zwiększenie aktywności wzrostu i kiełkowania roślin, a także jest niezwykle ważny do tworzenia innych aminokwasów i białek oraz stanowi rezerwę azotu organicznego. Dodatkowo kwas glutaminowy pobudza ziarna pyłku do kiełkowania oraz stymuluje wzrost łagiewki pyłkowej. Analogiczne działanie wykazuje również lizyna i metionina. Poza tym metionina odgrywa bardzo ważną rolę w późniejszym okresie rozwoju roślin, ponieważ jest prekursorem biosyntezy etylenu, stanowiącego fitohormon regulujący termin dojrzewania owoców.

Prolina, obecna często w biostymulatorach opartych na bazie aminokwasów, wpływa na integralność ścian komórkowych oraz zapobiega denaturacji, chroniąc membrany i białka przed negatywnym wpływem wysokich stężeń jonów nieorganicznych. Poza tym bierze udział w utrzymaniu równowagi wodnej roślin. Podanie proliny przed kwitnieniem roślin wpływa na płodność pyłku, co skutkuje uzyskaniem wyższego plonu roślin.

Kwasy humusowe

Kwasy humusowe zaliczane są również do grupy substancji biostymulujących. Ich działanie na rośliny odbywa się w sposób bezpośredni i pośredni. Pośrednie oddziaływanie związane jest z wpływem na poprawę warunków glebowych. Związki te wpływają na polepszenie struktury gleby, przyczyniając się do tworzenia struktury gruzełkowatej. Dzięki wysokiej pojemności wodnej poprawiają stosunki wodne, skutkując zwiększeniem efektywności pobierania składników pokarmowych przez rośliny oraz właściwości sorpcyjne gleby poprzez tworzenie kompleksów organiczno-mineralnych. Zapobiegają stratom wody wynikającym z procesów erozji czy spływów powierzchniowych. Ciemne zabarwienie kwasów humusowych poprawia parametry cieplne gleby. Mają zdolność do utrzymania określonego pH gleby, zwiększenia dostępności składników pokarmowych dla roślin oraz wpływają na poprawę właściwości mikrobiologicznych gleby, poprzez stymulację wzrostu i namnażania mikroorganizmów, co może między innymi przyspieszać rozkład substancji zanieczyszczających glebę. Kwasy humusowe zwiększają również przyswajalność fosforu, magnezu, żelaza i cynku dla roślin.

Bezpośredni wpływ kwasów humusowych na rośliny wiąże się ze zmianami w ich metabolizmie. Stymulują siłę kiełkowania nasion oraz ich żywotność, a także korzystnie wpływają na rozwój siewek. Kwasy humusowe to stymulatory wzrostu korzeni. Oddziałują na błony komórkowe, powodując wzrost ich przepuszczalności, co skutkuje usprawnieniem transportu związków mineralnych do miejsc aktywnych metabolicznie. Po ich przedostaniu się do komórek roślinnych dochodzi do wzrostu intensywności oddychania komórkowego, a także wzmożenia procesów podziałów komórkowych. Kwasy humusowe oddziałują korzystnie na tworzenie chlorofilu wspomagając proces fotosyntezy oraz aktywują procesy biochemiczne, przyczyniając się do wzmożenia syntezy niektórych enzymów, a w konsekwencji tego zawartości białek nośnikowych i strukturalnych w liściach. Wpływają na gospodarkę hormonalną oraz oddziałują na reakcje obronne roślin na niekorzystne warunki środowiska, między innymi stres suszy i niskie temperatury.

Uzupełnienie strategii nawożenia roślin w kompleksy biostymulujące wpływa nie tylko na zwiększenie efektywności pobierania i wykorzystania przez rośliny składników nawozowych, przy jednoczesnym ograniczeniu ich strat, ale również zmniejsza negatywne skutki oddziaływania stresów biotycznych i abiotycznych na wzrost i rozwój roślin, umożliwiając ograniczenie stosowania środków ochrony roślin, co ma istotne znaczenie w dobie dążenia do spełniania założeń Europejskiego Zielonego Ładu.

dr hab. Marzena S. Brodowska, prof. uczelni

Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie