Μελέτη της επίδρασης των pgpr στα μορφολογικά και φυσιολογικά χαρακτηριστικά του αραβοσίτου (Zea mays L.)

Abstract

Η συνεχής αύξηση του παγκόσμιου πληθυσμού της Γης έχει ως αποτέλεσμα την ολοένα και μεγαλύτερη αύξηση των επισιτιστικών αναγκών. Από τη μία πλευρά, για την κάλυψη των παραπάνω αναγκών, τα τελευταία χρόνια, τα χημικά λιπάσματα εφαρμόζονται με αλόγιστο ρυθμό, λόγω των επιβεβαιωμένων ιδιοτήτων τους ως προς την προαγωγή της φυτικής ανάπτυξης αλλά και της τελικής απόδοσης των καλλιεργειών. Από την άλλη πλευρά, η ανεξέλεγκτη χρήση των χημικών έχει προκαλέσει δυσμενείς επιπτώσεις, τόσο στο περιβάλλον, όσο και στην ανθρώπινη υγεία. Για το λόγο αυτό, η αναζήτηση νέων και πιο φιλικών προς το περιβάλλον καλλιεργητικών μεθόδων, αποτελεί προτεραιότητα για την επιστημονική κοινότητα. Μία εκ των μεθόδων αυτών περιλαμβάνει τη χρήση βακτηρίων που σχετίζονται την προαγωγή της φυτικής ανάπτυξης. Οι ευεργετικές ιδιότητες των PGPB (Plant Growth Promoting Bacteria) έχουν επαληθευτεί από πληθώρα ερευνητών, ενώ όλο και περισσότερες μελέτες εστιάζουν στην εύρεση καινοτόμων και πιο ανθεκτικών στελεχών. Η παρούσα διατριβή πραγματεύεται την επίδραση μιας ομάδας ριζοβακτηρίων φυτικής ανάπτυξης (Bacillus subtilis, Bacillus mojavensis, Bacillus thurigiensis και Bacillus amyloliquefaciens) με τη συμβολή δυο διαφορετικών carriers (υγρό διάλυμα και ζεόλιθο) στα μορφολογικά και φυσιολογικά χαρακτηριστικά, αλλά και την απόδοση του αραβοσίτου (Zea mays L.). Η απαρχή του πειράματος έλαβε χώρα τον Απρίλιο του 2022 και τελείωσε το Σεπτέμβριο του 2022, δηλαδή διάρκειας 5 μηνών. Βελτίωση στα μορφολογικά χαρακτηριστικά σημειώθηκε κατά τη χορήγηση σχεδόν κάθε βιοδιεγέρτη και πιο αναλυτικά, κατά την τελευταία μέτρηση του νωπού βάρους των φυτών, μεταξύ των επεμβάσεων, ξεχώρισαν τα στελέχη των Bacillus amyloliquefaciens και Bacillus thuringiensis με υγρό διάλυμα ως carrier, αυξάνοντας μέχρι και 12% περισσότερο από ότι ο μάρτυρας. Παράλληλα, βελτίωση σημειώθηκε και κατά τις μετρήσεις του ξηρού βάρους και συγκεκριμένα, κατά την τελευταία μέτρηση, το στέλεχος του Bacillus mojavensis οδήγησε σε αύξηση της τάξεως του 22% περισσότερο από το μάρτυρα. Εξίσου σημαντικές παρατηρήθηκαν οι αυξήσεις και στα φυσιολογικά χαρακτηριστικά των φυτών αραβοσίτου. Σημαντικά επηρεάστηκε ο ρυθμός φωτοσύνθεσης των φυτών από κάθε σχεδόν βιοδιεγέρτη, με πιο αξιοσημείωτη την επέμβαση που χορηγήθηκε το Ζ3 στέλεχος του Bacillus subtilis με υγρό διάλυμα, καταγράφοντας ποσοστιαία αύξηση 21% από το μάρτυρα, ενώ το ίδιο δεν ισχύει κατά τη χορήγηση του 548 στελέχους του Bacillus subtilis, καθώς είχε αρνητική επιρροή στο ρυθμό φωτοσύνθεσης. Θετική ήταν η επίδραση σχεδόν κάθε βιοδιεγέρτη στο ρυθμό διαπνοής των φυτών αραβοσίτου, με την επέμβαση, όπου χορηγήθηκε το στέλεχος Ζ3 του Bacillus subtilis με ζεόλιθο σημειώνοντας αύξηση 22% συγκριτικά με το μάρτυρα. Στη συνέχεια, η στοματική αγωγιμότητα και η περιεχόμενη χλωροφύλλη δέχτηκαν θετική επιρροή μετά από τη χορήγηση σχεδόν κάθε βιοδιεγέρτη. Αφενός, ευεργετικά με την υψηλότερη επίδοση έδρασε το στέλεχος 557 του Bacillus subtilis με υγρό διάλυμα, οδηγώντας σε αύξηση 42% από τη στοματική αγωγιμότητα που σημείωσε ο μάρτυρας και αφετέρου το Bacillus amyloliquefaciens οδηγώντας σε αύξηση 37% από την περιεχόμενη χλωροφύλλη του μάρτυρα. Τέλος, σημαντική ήταν και η βελτίωση της απόδοσης των επεμβάσεων όπου χορηγήθηκε PGPB και συγκεκριμένα κατά την επέμβαση του στελέχους 548 του Bacillus subtilis, οδηγώντας σε αύξηση 18% σε σύγκριση με το μάρτυρα. Συμπερασματικά, η ενσωμάτωση των παραπάνω βιοδιεγερτών είχε θετική επιρροή στην ανάπτυξη των φυτών αραβοσίτου, ενώ προτείνεται η έρευνα περισσότερων στελεχών, ώστε να βρεθεί ο κατάλληλος συνδυασμός που θα επιφέρει το βέλτιστο αποτέλεσμα.

The continuous growth of the world's population has resulted in ever-increasing food needs. On the one hand, to meet these needs, in recent years chemical fertilizers have been applied at an indiscriminate rate, due to their proven properties in promoting plant growth and the final yield of crops. On the other hand, the uncontrolled use of chemicals has caused adverse effects on both the environment and human health. Hence, the research for new and more environmentally friendly cultivation methods is considered as a priority for the scientific community. One of these methods involves the use of bacteria associated with the promotion of plant growth. The beneficial properties of PGPB (Plant Growth Promoting Bacteria) have been verified by a vast amount of researchers, and even more studies are focusing on finding innovative and more resistant strains. This study focuses on the effect of a group of plant growth rhizobacteria (Bacillus subtilis, Bacillus mojavensis, Bacillus thurigiensis and Bacillus amyloliquefaciens) with the contribution of two different carriers (liquid solution and zeolite) on the morphological and physiological characteristics and yield of maize (Zea mays L.). The start of the experiment took place in April 2022 and ended in September 2022, a duration of 5 months. Improvement in morphological characteristics was noted during the application of almost every biostimulant and at the last measurement of fresh plant weight, Bacillus amyloliquefaciens and Bacillus thuringiensis strains with liquid solution resulted in an increase up to 12% more than the control. At the same time, improvement was also observed during dry weight measurements and during the last measurement, the Bacillus mojavensis strain led to an increase of up to 22% more than the control. Similarly significant increases were observed in the physiological characteristics of maize plants. Plant photosynthetic rate was significantly affected by almost every biostimulant, the most notable being the treatment administered with the Z3 strain of Bacillus subtilis in liquid solution, recording a percentage increase of 21% from the control, while the same did not happen when the 548 strain of Bacillus subtilis was added along with liquid solution, as it had a negative influence on photosynthetic rate. The effect of almost every biostimulant on transpiration rate of maize plants was positive, with the plot, where Bacillus subtilis strain Z3 with zeolite was added, showing an increase of 22% compared to the control. Furthermore, stomatal conductance and chlorophyll content received a positive influence after the addition of almost every biostimulant. Bacillus subtilis strain 557 in liquid solution acted beneficially with the highest performance, leading to an increase of 42% from the stomatal conductivity recorded by the control. Additionally, Bacillus amyloliquefaciens leading to an increase of 37% from the chlorophyll content of the control. Finally, there was also a significant improvement in the performance of the yield. Plants treated with Bacillus subtilis strain 548, along with liquid solution as carrier, led to an 18% increase compared to the control. In conclusion, the incorporation of these biostimulants had a positive influence on the growth of maize plants, and it is recommended that more strains should be studied in order to find the appropriate combination that will bring about the optimum result.