Biologická ochrana,stimulace růstu peletizovaného osiva cukrovky

Biologická ochrana a stimulace růstu u peletizovaného osiva cukrovky

Biological control and growth stimulation of pelleted sugar beet seed

H.C. Pedersen, I. Weiergang, M.M. Pontoppidan

Danisco Seed, Holeby, Denmark

Přeložil V. Bittner

Summary: Field emergence is tightly correlated to seed vigour. Especially for lower vigorous seed lots it is very important to protect seed lots against pathogenic fungi. Several bacterial BCAs as well as some PGSAs have been isolated from roots of sugar beet seedlings. These micro-organisms are shown to be able to control pathogens under the conditions in which the field trials were performed. Still, it is not straight forward to apply bacterial control organisms, especially not the Pseudomonas spp. family, to pelleted seed without some loss in shelf life and thus in the controlling activity. The field experiments done by direct application onto seed in the field show, that there is an enormous potential for the use of BCAs and/or PGSAs in sugar beet.

Key words: sugar beet, biological control, yield, technological quality.

Souhrn: Polní vzcházivost semen cukrovky je těsně spjata s vitalitou a energií klíčení semen. Zvláště u partií osiva s nízkou vitalitou je nutná dokonalá ochrana proti patogenním organismům. Několik bakteriálních BCA a PGSA agens bylo izolováno z kořenů mladých rostlin cukrovky. Tyto izoláty prokázaly i v polních podmínkách schopnost ochránit kořeny proti půdou přenosným patogenům. Stále však ještě není zcela vyjasněna cesta aplikace bakteriálních agens (zejména z rodu Pseudomonas) na peletizované osivo, tak aby nedocházelo ke ztrátě účinnosti s délkou skladování takto upraveného osiva. Pokud se agens BCA/PGSA aplikují přímo při setí na semena je zřejmý obrovský ochranný a stimulační potenciál pro rostliny cukrovky.

Klíčová slova: cukrovka, biologická ochrana, výnos, technologická kvalita.

Úvod

Biologická agens v ochraně rostlin (dále jen BCA = biological control agens) jsou organismy, které mohou chránit rostliny před napadením fytopatogenními organismy či škůdci. Agens stimulující růst rostlin (dále jen PGSA = plant growth stimulating agens) jsou organismy podporující růst a celkovou vitalitu rostlin. Mechanismy účinku obou uvedených agens na rostliny jsou různé. U cukrovky hraje velmi významnou roli v ochraně kořenů proti fytopatogenním organismům působícím hniloby především spektrum mikroorganismů v rizosféře rostliny a jejich interakce s kořeny. Stejně významnou roli hrají tyto mikroorganismy v případě stimulace a podpory růstu rostlin. Růst rostlin cukrovky je lepší v půdách supresivních, s příznivým složením mikroorganismů antagonistických k patogenům. V těchto půdách je také výsledný výnos kořene a polarizačního cukru vyšší ve srovnání s normální půdou či půdou konduktivní, kde složení antagonistických mikroor-ganismů k patogenům je nepříznivé.

V posledních pěti letech proběhl v rámci Danisco Seed výzkumný a vývojový projekt, jehož cílem bylo provést izolaci, screening a testování potenciálních užitečných mikroorganismů s vlastnostmi ochrannými (BCA) nebo stimulujícími (PGSA) růst rostlin. V práci jsou shrnuty některé dosavadní poznatky.

Obalované osivo cukrovky

V Evropě převažuje výsev peletizovaného (obalo-vaného) osiva cukrovky. Peletizační látka obsahuje množství organické a semiorganické hmoty, která umožňuje zrychlenou penetraci vody k zárodku, tak aby co nejrychleji vyklíčil. Tato peletizační hmota je obvykle pokryta jednou či dvěmi vrstvami tenkého obalového filmu. Vzhledem k důležitosti kvalitní aplikace ochranných chemických látek ve vyšších dávkách jsou obvykle fungicidy a insekticidy aplikovány v těchto obalových vrstvách osiva.

Peletizované osivo se seje na konečnou vzdálenost a proto je nutné k zajištění dobré polní vzcházivosti a dostatečného počtu jedinců na hektar mít k dispozici osivo s velmi vysokou vitalitou. Proto než začne vlastní peletizační proces, prochází všechny partie osiva v obrušovaném přírodním stavu testem vitality. Pouze partie, které úspěšně projdou tímto testem mohou být dále obalovány. Důležitost vysoké vitality osiva je patrná z tabulky 1.

Z tabulky je zřejmé, že ačkoli klíčivost osiva jednotlivých vzorků byla téměř shodná, nebyla už identická vitalita přírodního osiva. Vzorek osiva č. 3 měl statisticky průkazně nižší vitalitu než další dva testované vzorky. Tento rozdíl byl patrný následně i u obalovaného osiva ošetřeného pouze látkou imidacloprid (60 g/ 1VJ) v polní vzcházivosti. V případě ošetření tohoto vzorku fungicidem thiram (FT) byl rozdíl v polní vzcházivosti mezi vzorky již nepatrný ve srovnání s rozdílem mezi nimi v případě neošetření fungicidem (F0). Z uvedeného lze vyvodit závěr, že čím nižší vitalita osiva, tím vyšší mohou být ztráty v důsledku napadení patogenními organismy, které v případě moření spolehlivě řeší fungicid thiram. Současně je třeba poznamenat, že laboratorně stanovená klíčivost osiva přímo neodráží jeho výslednou vitalitu a energii klíčení.

Z tabulky 1 je tedy jasné, jak velmi důležité je chránit osivo proti patogenním organismům, působícím hnilobu kořenů. Tato ochrana je možná použitím příslušného fungicidu, biologických agens (BCA) nebo kombinací fungicidu a BCA.

Tab. 1: Vliv moření a úpravy osiva cukrovky na polní vzcházivost u partií s různou klíčivostí

1 Klíčivost 7d/mm - klíčivost osiva v % 7. den na klíčidle/relativ. vyjádřená jednoklíčkovost

2 Relativní vitalita - u přírodního osiva hodnocená rutinním testem vitality Danisco Seed

3 F0 - osivo neošetřené fungicidy

4 FT - osivo ošetřené fungicidem thiram v dávce 10 g úč. l. na jednu výsevní jednotku

Biologická ochrana

I přesto, že jednotlivé partie osiva jsou vybírány jako nejvitálnější a s nejvyšší energií, je potřeba dále chránit osivo proti půdou přenosným patogenním organismům. V podmínkách mírného tlaku patogenních půdních organismů by mohla být ztráta odhadnuta do 5 %. Ale podmínkách normálního pěstování je tento tlak větší a také ztráty jsou nesrovnatelně vyšší. Hlavními patogenními organismy přenosnými půdou u cukrovky jsou houby Pythium sp., Rhizoctonia sp. a Aphanomyces sp. V pozdějších stádiích vývoje cukrovky mohou výrazně škodit houby Fusarium sp. na výnosu kořene a cukru.

Peletizační hmota obalovaného osiva cukrovky vytváří velmi dobré prostředí pro “biologickou ochranu” osiva a ta může být chápána buď jako přídavek ke klasické fungicidní ochraně či jako reálná alternativa k chemickým látkám. Peletizační hmota stejně jako obalové vrstvy osiva mohou obsahovat velké množství mikrobiálních nosičů a dalších aditiv pro dobrou účinnost BCA a PGSA.

Ve velké míře byly z povrchu kořenů mladých rostlin cukrovky izolovány různé kmeny baktérií rodu Pseudomonas. Po propláchnutí kořínků tekoucí vodou byly kořínky rozřezány na drobné kousky a položeny na povrch agarové živné půdy. Byly vyizolovány kolonie baktérií a vyčištěny na příslušných živných půdách.

První test schopnosti fungovat jako biologické agens byl proveden přenesením izolátu na TSA agar po obvodu kruhu v jehož středu byla umístěna některá z patogenních hub Pythium ultimum, Rhizoctonia solani či Aphanomyces cochlioides. Velikost diferenční zóny mezi bakteriální kolonií a patogenní houbou poukazovala na míru schopnosti bakteriálního kmene fungovat jako účinní biologické agens v ochraně proti patogenním houbám. Z testů bylo zjištěno, že houby Rhizoctonia sp. a Pythium sp. může účinně kontrolovat baktérie Pseudomonas fluorescens kmen DR54, který produkuje látku viscosonamide (Nielsen et al. , 1998 a Nielsen et al., 1999).

Druhým testem byl tzv. “nádobový test”, kdy bakteriální kmeny byly testovány s cílem zjištění účinnosti ochrany vůči Pythium ultimum, Rhizoctonia solani a Aphanomyces cochlioides v nádobách s písčito-hlinitou zeminou ve fytotronu při teplotách 15°C a 20°C. Ošetření spočívalo v aplikaci 50 mikrol suspenze bakterií na čisté peletizované osivo (F0). Kontrolami bylo osivo mořené fungicidem (FT) a čisté peletizované osivo (F0) ošetřené čistou vodou.

Potenciálně nejperspektivnější kmeny bakterií byly poté aplikovány na osivo v rámci peletizace pomocí nosičů. Použití speciálních nosičů bioagens (BCA) dramaticky zvyšuje možnost přežívání BCA na osivu při skladování (shelf life) a také umožňuje zlepšit a zpřesnit dávkování. Směs baktérie - nosič je buď přimíchána do peletizační hmoty nebo nanášena v obalové vrstvě speciálním obalovacím a sušícím postupem. Na obr. 1 je například uvedena životnost baktérií ve směsi s dvěma různými nosiči (v tomto případě pouze BCA, které je možné odlišit na médiu obsahujícím Rif). Je zřejmé, že životnost baktérií je různá dle typu nosiče a relativní vlhkosti peletizační hmoty. Z obrázku je vidět, že v případě nosiče ASM-K přežívají baktérie po delší dobu i při nižší relativní vlhkosti (RV), zatímco u nosiče ASM-S přežívání baktérií se snižuje se snižující se relativní vlhkostí.

Obr. 1: Přežívání baktérií na různých nosičích v závislosti na relativní vlhkosti

Hodnocení v polních podmínkách

V momentě, kdy se jeví dobrá schopnost přežívání baktérií spolu s nosiči na obalovaném osivu, je možné provést závěrečné testy v polních podmínkách. Ve všech polních pokusech byla zahrnuta jedna či více pozitivních kontrol (pelety obsahovaly thiram - FT, hymexazole - FH, nebo thiram + hymexazole - FTH) a negativní kontrola ( bez fungicidů - F0). Všechny vzorky osiva byly standardně mořeny imidaclopridem (60 g/ 1VJ). Prvním krokem hodnocení bylo, zda baktérie, které prokázaly svoji schopnost chránit osivo v laboratorních testech, potvrdí totéž v polních podmínkách. Peletizované osivo F0 bylo vyseto ručně individuálně do řádku a na semena byly napipetovány 50 mikrol suspenze různých kmenů BCA. Kontroly byly napipetovány stejným médiem, ale bez baktérií. Poté bylo osivo zahrnuto zeminou a byla sledována polní vzcházivost a výnos při sklizni. V tabulce 2 je uveden výsledek výnosu různých variant pokusu.

Tabulka 2: Cukernatost a výnos rafinády u cukrovky odrůdy Marathon při ošetření osiva různými kmeny Pseudomonas sp. (BCA/PGSA)

Partie osiva odrůdy Marathon byla záměrně vybrána se střední vitalitou a energií klíčení. Pouze při výběru partií s nižší a střední vitalitou je možné dokonale sledovat vliv BCA/PGSA. Z tabulky 2 je patrné, že vlivem různých patogenních mikroorganismů dochází ke ztrátám ve srovnání s osivem mořeným thiramem. Aplikací BCA dochází k posílení vitality a dokonce ke zvýšení výsledného výnosu. Některé ze zkoušených kmenů byly na úrovni či výrazně lepší než thiram. Vysvětlení spočívá v dobré interakci těchto mikroorganismů v rizosféře s kořeny cukrovky a prodloužení optimálního mikrobiologického prostředí pro růst a vývoj rostlin.

Dalším krokem bylo zjišťování, zda stejného efektu bude docíleno přímou aplikací BCA do peletizační hmoty osiva před setím. Na obrázku 2 jsou výsledky jednoho z těchto pokusů. Byly použity tři partie osiva s relativně vysokou vitalitou a zkoušené kmeny BCA byly s nosičem aplikovány do peletizační hmoty 30 dní před setím na konečnou vzdálenost.

Obr. 2: Výnos rafinády u cukrovky s osivem ošetřeným BCA v roce 1999 v Dánsku (maloparcelkový pokus ve 4 opakováních)

FTH - thiram+hymexazole, FH - hymexazole, F0 - bez ošetření, BCA - bioagens

Relativně malý rozdíl mezi fungicidem ošetřenou kontrolou a kontrolou bez ošetření, patrný z obr. 2, je zřejmě zapříčiněn použitím osiva s vysokou vitalitou. Ačkoli tři uvedené BCA kmeny neprokázaly lepší výnos rafinády, prokázaly výraznou ochrannou schopnost proti patogenům ve srovnání s neošetřenou kontrolou.

Literatura

NIELSEN M.N., J. SORENSEN, J. FELS and H.C. PEDERSEN. 1998. Secondary Metabolite- and Endochitinase-Dependent Antagonism toward Plant-Pathogenic Microfungi of Pseudomonas fluorescens Isolates from Sugar Beet Rhizosphere.Appl. Environ. Microbiol. 64, 3563-3569.

NIELSEN T.H., C. CHRISTOPHERSEN, U. ANTHONI and J. SORENSEN. 1999.Viscosinamide, a new cyclic depsipeptide with surfactant and antifungal properties produced by Pseudomonas fluorescens DR54. J.Appl.Microbiol. 86, 80-90.

Tato práce byla zčásti podporována grantem č. 93S-2466-A95-00788 jako společný projekt The Royal Agricultural University, Copenhagen, Novo Nordisk A/S a Danisco Seed.

Adresa autora

Sborník z konference “Řepařství 2000” pořádané Katedrou rostlinné výroby AF ČZU v Praze 23.2.2000