Εμβολιασμός φασολιού με αζωτοβακτήρια σε υδροπονική καλλιέργεια και επίδρασή του στην συμβιωτική δέσμευση ατμοσφαιρικού αζώτου και στην αζωτούχο θρέψη των φυτών

Abstract

Κατά τη διάρκεια του περασμένου αιώνα, επιστήμονες και γεωπόνοι πειραματίστηκαν με διάφορες μεθόδους υδροπονικών καλλιεργειών. Μια από τις πιθανές εφαρμογές της υδροπονίας που οδήγησαν στην έρευνα, ήταν για την καλλιέργεια φρέσκων προϊόντων στις άγονες περιοχές του πλανήτη. Είναι γεγονός πως μερικοί άνθρωποι δεν μπορούν να καλλιεργήσουν το χώμα στην περιοχή τους (εάν και φυσικά υπάρχει χώμα). Αυτή η εφαρμογή της υδροπονίας δοκιμάστηκε κατά τη διάρκεια του Δευτέρου Παγκοσμίου Πολέμου, αφού οι στρατιώτες που έμεναν στα άγονα νησιά του Ειρηνικού Ωκεανού εφοδιάζονταν με φρέσκα προϊόντα που καλλιεργούσαν με υδροπονικά συστήματα. Στα τέλη του αιώνα, η Υδροπονία ενσωματώθηκε στο διαστημικό πρόγραμμα. Η καλλιέργεια εκτός εδάφους σε σάκους υποστρωμάτων είναι διεθνώς η πιο διαδεδομένη μέθοδος ανάπτυξης φυτών σε υποστρώματα. Το πείραμα διεξήχθη σε κλειστό υδροπονικό σύστημα στον υδροπονικό θάλαμο ελεγχόμενων συνθηκών του υαλόφρακτου θερμοκηπίου. Στην παρούσα μεταπτυχιακή διατριβή, μελετήθηκε η βιολογική αζωτοδέσμευση φυτών αναρριχόμενου φασολιού ποικιλίας Helder. Αντικείμενο της μελέτης ήταν η σύγκριση και η αξιολόγηση της επίδρασης βιολογικής αζωτοδέσμευσης μέσω του εμβολιασμού με το αζωτοβακτήριο Rhizobium tropici σε διαφορετικές συγκεντρώσεις ανόργανου αζώτου. Εξετάστηκε η επίδραση της βιολογικής αζωτοδέσμευσης στην ανάπτυξη των φυτών, στην παραγωγή τους σε καρπούς, (μετρήσεις νωπών και ξηρών βαρών καρπών) και στην απορρόφηση των μακροστοιχείων (K, Ca & Mg). Στο τέλος απομονώθηκαν από τα φυμάτια των ριζών οι μικροοργανισμοί με τους οποίους εμβολιάστηκαν τα φυτά, όπου και καταμετρήθηκαν ο αριθμός τους και το βάρος τους. Για τη σύνθεση του θρεπτικού διαλύματος παρασκευάστηκαν διαφορετικές «συνταγές» για κάθε επέμβαση, ενώ η συχνότητα και η ποσότητα των αρδεύσεων ήταν ίδια για όλα τα υποστρώματα, προσαρμοσμένη στις ανάγκες του φυτού. Από τα αποτελέσματα διαπιστώθηκε ότι τα φυτά του μάρτυρα των οποίων η θρέψη γινόταν με θρεπτικό διάλυμα που περιείχε ολόκληρη την ποσότητα αζώτου, απαραίτητη για την ανάπτυξη των φυτών φασολιού, παρουσίασαν την καλύτερη 4 εικόνα σχετικά με την παραγωγή καρπών συγκριτικά με τα φυτά τα οποία είχαν ποσότητα 25% και 0% του συνολικού αζώτου και ήταν ταυτόχρονα εμβολιασμένα με Rhizobium tropici. Παρόμοια αποτελέσματα με τα φυτά του μάρτυρα εμφάνισαν και τα φυτά που είχαν την ίδια ποσότητα αζώτου με αυτόν, και ήταν ταυτόχρονα εμβολιασμένα με το βακτήριο Rhizobium tropici. Οι τιμές που προέκυψαν από τις συγκρίσεις αποτελούν στατιστικά σημαντικές διαφορές, δείχνοντας πως η ποσότητα αζώτου που χορηγήθηκε επηρέασε άμεσα την παραγωγή καρπών ενώ το αζωτοβακτήριο Rhizobium tropici δεν συνέβαλε στην τροφοδότηση των φυτών με βιολογικό άζωτο. Η επί τοις εκατό ποσότητα του αζώτου που εφαρμόστηκε στο πείραμα στις 4 ομάδες φυτών επηρέασε άμεσα την ανάπτυξη και τον πολλαπλασιασμό των αζωτοβακτηρίων του Rhizobium tropici. Κατά την πρώτη μέτρηση παρατηρήθηκε μεγάλη διαφορά όσο αφορά τον αριθμό των φυματίων ανάμεσα στην εφαρμογή με άζωτο 25% σε σχέση με τις υπόλοιπες εφαρμογές. Η διαφορά αυτή αυξήθηκε κατά την δεύτερη μέτρηση, μιας και η μικρή ποσότητα αζώτου που χορηγείτο στα φυτά αυτά επηρέασε θετικά τον πολλαπλασιασμό τους. Όσο αφορά το βάρος των φυματίων τόσο τα φυτά με άζωτο 25% όσο και τα φυτά που ήταν χωρίς άζωτο εμφάνισαν στατιστικά σημαντικές διαφορές σε σχέση με τις άλλες δύο ομάδες φυτών. Σχετικά με την επίδραση της βιολογικής αζωτοδέσμευσης στην ανάπτυξη των φυτών όσο αφορά την απορρόφηση των μακροστοιχείων (K, Ca & Mg) δεν βρέθηκε κάποια πληροφορία που να δείχνει την άμεση συσχέτιση της πορείας των στοιχείων αυτών με την ύπαρξη του πληθυσμού των φυματίων στο ριζικό τους σύστημα. Κατά την γεωργική πράξη, η χρήση αζωτοβακτηρίων επιφέρει αρκετά πλεονεκτήματα διότι συμβάλλει στη βιολογική λίπανση του αζώτου. Για να σχηματιστούν ριζικά φυμάτια τα οποία θα μπορούν να ενσωματώνουν το αέριο άζωτο σε ενώσεις αζώτου μέσο αζωτοδέσμευσης είναι απαραίτητο να μολυνθεί η ρίζα με το κατάλληλο γένος των βακτηρίων. Σημαντική είναι, κατά την διάρκεια της καλλιέργειας, η χορήγηση μερικής δόσης αζώτου η οποία θα επιφέρει έντονο πολλαπλασιασμό φυματίων. Τόσο το είδος και η ποικιλία του αζωτοβακτηρίου όσο και του ψυχανθούς αποτελούν σημαντική παράμετρο για την ανάπτυξη των αζωτοδεσμευτικών αυτών μικροοργανισμών

During the last century scientist and agriculturist made experiments with different types of hydroponic crops. One of the possible applications of hydroponics that guided thorough research was the culture of fresh products in barren regions of the planet. It’s a fact that some people cannot have fertile ground in their region despite that soil ground exists. Hydroponics was successfully tested during World War II, where soldiers camping in barren Pacific Ocean Islands were able to have fresh agriculture products using their own hydroponic systems. By the end of the 20th century hydroponics was incorporated in the National Space Program of the USA. A non ground culture, using substrate sacs is the most well known type of plant growth using substrate material. The current postgraduate thesis was experimentally investigated the biologic nitrogen bonding ability of the Helder climb bean plants. The current experiments took place in the close hydroponic system of the controlled parameters hydroponic chamber that belongs to the glass-fenced greenhouse. The target of the study was to compare and evaluate the effect of biological nitrogen- bonding ability due to the injection of the nitrogen bacter Rhizobium tropici in different inorganic nitrogen concentrations environment. The study was aim to investigate the effects of biological nitrogen-bonding ability in plants growth, plants products (calculation of fresh and droughty product weight) and electrolyte absorption (K, Ca & Mg). In the end microorganisms that previously injected to the plants, were isolated from plants roots and had been through an absolute number and weight survey. Different “recipes” adapted to each experiment, were used for the composition of the nutrient solution. The frequency and amount of irrigation itself was the same for all substrates tailored plants’ needs. The results showed that control group plants, whose nutrition was with nutrient solution contained the entire amount of nitrogen (essential for the growth of bean plants) showed the best picture on the fruit production compared with the plants which had a quantity of 25 % and 0% of the total nitrogen and were simultaneously inoculated with Rhizobium tropici. Plants that had the same amount of nitrogen with the control group and were simultaneously inoculated with the bacterium Rhizobium 6 tropici, had similar results to the control group. The resulting values of the comparisons are statistically significant differences, indicating that the amount of nitrogen administered directly affected fruit production and the nitrogen-bacter Rhizobium tropici not contributed to supply the plants with organic nitrogen. Growth and proliferation of nitrogenbacter Rhizobium tropici were directly influenced by the percentage amount of nitrogen applied in the experiment on 4 groups of plants. During the first measurement significant differences regarding the number of nodules were observed between the injected with nitrogen 25% group and other groups. This difference increased during the second measurement, and a small amount of nitrogen administered in these plants positively affected their proliferation. As for the weight of nodules the groups of plants with nitrogen 25% and plants were without nitrogen showed statistically significant differences compared with the other two groups of plants. Biological nitrogen-bonding ability was found to have no significant correlation regarding electrolyte (K, Ca & Mg) absorption. In the agricultural practice, use of nitrogenbacter entails several advantages in that it contributes to the biological nitrogen fertilization. For the root nodules formation, which are responsible of the incorporation of gaseous nitrogen into nitrogen compounds, is essential to the root to get infected by suitable species of bacteria. It is important during cultivation, grant partial nitrogen dose administration which will produce intense proliferation of the root nodules. Both the type and variety of nitrogen bacter as well as type and variety of the legume are important parameters for the growth of these nitrogen-bonding microorganisms.