میکروارگانیسم‌ها و محیط رشد

مقدمه

میکروارگانیسم‌ها در همه جا حضور دارند. در هوا، آب، روی گیاهان و در خاک. آن‌ها می‌توانند برای مدت طولانی به طرق مختلف غیرفعال بمانند، مانند هاگ، میتوکندری (یک اندامک محصور در غشاء که در سلول‌های بیشتر موجودات زنده یافت می‌شود) یا هیف و می‌توانند تا چندین سال و روی طیف وسیعی از میزبان‌ها زندگی کنند. اگرچه اکثر مردم تصور می‌کنند که میکروارگانیسم‌ها طبق تعریف مضر هستند، اما همان‌طور که می‌دانیم زندگی بدون این موجودات کوچک امکان‌پذیر نخواهد بود. در این مقاله به چگونگی تأثیر آن‌ها بر رشد گیاهان از طریق حضور آن‌ها در محیط رشد خواهیم پرداخت.

میکروارگانیسم‌ها طیف بسیار وسیعی از گونه‌ها را شامل می‌شوند و شامل باکتری‌ها، تک‌یاخته‌ها، جلبک‌ها و قارچ‌ها می‌شوند. بسیاری از این میکروارگانیسم‌ها می‌توانند در شرایط مناسب به سرعت تکثیر شوند و تأثیر زیادی، چه مثبت و چه منفی، بر رشد گیاهان در حال رشد در بستر داشته باشند. انواع میکروارگانیسم‌هایی که در یک بستر مشخص ظاهر می‌شوند به عوامل متعددی مانند آب‌وهوا، خواص بستر، گونه‌های گیاهی و سایر موجودات موجود در بستر بستگی دارند.

نوع محیط رشد (زغال‌سنگ نارس، کوکوپیت، پشم سنگ یا پرلیت)

یکی از مهم‌ترین عواملی که بر میکروارگانیسم‌ها تأثیر می‌گذارد، نوع محیط رشد در دسترس آن‌ها است. تفاوت‌های اصلی را می‌توان بین بسترهای آلی، مانند کوکوپیت، زغال‌سنگ نارس یا خاک و بسترهای معدنی مانند سنگریزه‌های رسی، پرلیت یا پشم سنگ یافت. میکروارگانیسم‌هایی که ظرفیت ساپروفیتی بالایی دارند (با مواد آلی مرده زندگی می‌کنند) در بستری حاوی مواد آلی مانند زغال‌سنگ نارس یا بستری که دوباره استفاده می‌شود بهتر عمل می‌کنند. این میکروارگانیسم‌ها همچنین در برگ‌های مرده روی سطح بستر یا گیاهان آلوده با قسمت‌های نکروزه نیز به خوبی عمل می‌کنند.

مقدار اکسیژن موجود در بستر تعیین می‌کند که میکروارگانیسم‌های هوازی یا بی‌هوازی ایجاد شوند. اکثر گیاهان به اکسیژن در اطراف ریشه خود نیاز دارند، بنابراین میکروارگانیسم‌های هوازی به‌طورمعمول اطراف آن‌ها وجود خواهند داشت. گیاهانی که در بستری با اکسیژن بسیار کم‌رشد می‌کنند معمولاً ضعیف‌تر هستند و میکروارگانیسم‌های بی‌هوازی بیماری‌زا می‌توانند از آن بهره ببرند.

همه موجودات دارای دمای رشد بهینه هستند، بنابراین دمای بستر و ریشه‌ها بر میکرو فلور اطراف آن‌ها تأثیر می‌گذارد. میانگین دما و محدوده دما، همچنین دامنه و فرکانس نوسانات دما تعیین می‌کند که کدام میکروارگانیسم‌ها می‌توانند زنده بمانند.

درست مانند گیاهان، اکثر میکروارگانیسم‌ها سطح pH بین ۵.۵ تا ۵.۸ را ترجیح می‌دهند. سطوح pH بالا و پایین و همچنین نوسانات pH می‌تواند رشد میکرو فلور را مختل کند؛ اما برخی از میکروارگانیسم‌ها می‌توانند در شرایط سخت رشد کنند یا حتی شکوفا شوند. شوری یا سطح EC در بستر نیز بر رشد میکروارگانیسم‌ها تأثیر می‌گذارد همچنین نوع و ترکیب نمک‌های موجود در محیط رشد نیز بر رشد آن‌ها تأثیر دارد. این امر به ویژه در مورد نمک‌هایی مانند کلرید پتاسیم یا کلرید سدیم که می‌توانند ریزوسفر گیاهان (و درنتیجه حیات انواع موجودات کوچک که منطقه ریشه را پر می‌کنند) را تغییر دهند، صادق است.

در بسترهای معدنی مانند پشم سنگ، سنگریزه‌های رسی یا پرلیت، اکثر زندگی‌های کوچک (micro-life) از طریق آب است. این میکروارگانیسم‌ها از طریق سیستم‌های آبیاری، هوا یا گیاهان وارد می‌شوند و تا زمانی که سطح رطوبت به اندازه کافی باشد، زنده می‌مانند (حتی اگر تنها قسمت‌های کوچکی از رطوبت وجود داشته باشد) مانند میکروارگانیسم‌های موجود در خاک، این میکروارگانیسم‌ها نیز می‌توانند مفید یا بیماری‌زا باشند.

یکی دیگر از جنبه‌هایی که بر روی میکرو حیات در محیط رشد تأثیر بسزایی دارد، وجود آفت‌کش‌ها است. این‌ها می‌توانند در بسترها یا خاک‌هایی که برای مدت طولانی استفاده می‌شوند، ایجاد شوند. بسته به نوع آفت‌کش‌ها – اعم از علف‌کش‌ها، حشره‌کش‌ها، قارچ‌کش‌ها یا باکتری‌کش‌ها – این‌ها بر ترکیب حیات میکروسکوپی در بستر تأثیر می‌گذارند.

چیزی که می‌توان به آن تکیه کرد این واقعیت است که میکروارگانیسم‌ها می‌توانند با طیف وسیعی از شرایط سازگار شوند. یک مثال معروف مقاومت برخی از باکتری‌ها در برابر آنتی‌بیوتیک‌ها است. فقط یک تغییر جزئی در ماده ژنتیکی آن‌ها لازم است، اما تأثیر آن بر مقاومت می‌تواند بسیار مهم باشد.

فواید میکروارگانیسم‌ها

حضور میکروارگانیسم‌ها می‌تواند تأثیر مثبت و منفی داشته باشد. به‌این‌ترتیب، خلاص شدن از شر همه میکروارگانیسم‌ها ضروری یا مطلوب نیست. توانایی یک محصول برای دفاع از خود در برابر عفونت‌ها تا حد زیادی (البته نه منحصراً) به حضور میکرو حیات در بستر بستگی دارد. بااین‌حال، کمی کردن این مزیت دشوار است، زیرا عوامل متعددی وجود دارد که عمر میکرو حیات به آن‌ها بستگی دارد. دفاع به کل فعالیت میکروبی، تنوع گروه‌های مختلف اکتینومیست های عملکردی (باکتری‌های میله‌ای شکل)، جمعیت کل اکتینومیست ها و درصد اکتینومیست های تجزیه‌کننده سلولز مربوط می‌شود.

اگر تعادل خوبی از میکرو حیات در بستر وجود داشته باشد، به‌احتمال‌زیاد نیاز کمتری به استفاده از سموم دفع آفات و سایر اقدامات وجود خواهد داشت که باعث کاهش هزینه‌ها می‌شود. به‌علاوه، در یک بستر استریل، فرصت‌طلب‌ترین میکروارگانیسم‌ها فضایی آزاد و بدون رقیب و دسترسی نامحدود به فضا و مواد مغذی پیدا می‌کنند. این اولین استعمارگران فرصت‌طلب لزوماً برای محصول کاشته شده در بستر مفید نخواهند بود. عاقلانه‌تر است که از همان ابتدا از میکرو حیات صحیح برای تولید محصول سالم و عملکرد خوب استفاده کنید. میکروارگانیسم‌ها حتی می‌توانند برای بهبود کیفیت سوبستراهای استفاده مجدد مورد استفاده قرار گیرند، جایی که باکتری‌های خاصی درواقع آنزیم‌هایی تولید می‌کنند که می‌توانند نمک‌های انباشته شده را تجزیه کنند.

موادی که از سیستم ریشه خارج می‌شوند مانند قندها، اسیدهای آمینه یا فنل ها می‌توانند میکروارگانیسم‌ها را جذب یا دفع کنند. موقعیت هر گونه در بازی رقابتی که به طور مداوم بین باکتری‌ها در جریان است می‌تواند تحت تأثیر این ترشحات ریشه باشد. گیاهان می‌توانند با ترشح موادی که ارگانیسم‌های مفید را جذب می‌کنند، از این به نفع خود استفاده کنند و با یک میکروارگانیسم خاص همزیستی برقرار کنند. یک مثال بارز وجود باکتری‌های همزیست در گره‌های ریشه گیاهان حبوبات مانند نخود یا لوبیا است که نیتروژن اتمسفر را به شکل قابل‌جذب و استفاده گیاه تبدیل می‌کند.

تاکتیک دیگر معرفی ارگانیسم‌های خوش‌خیم خاص برای سرکوب عوامل بیماری‌زا است. این کار به شرح زیر است. برخی از میکروارگانیسم‌ها چندان رقابتی نیستند و برای استعمار بستری که قبلاً توسط سایر میکروارگانیسم‌ها اشغال شده است، مشکل دارند. این می‌تواند به‌عنوان مکانیزمی برای خلاص شدن از شر میکروارگانیسم‌های بیماری‌زا عمل کند. با وارد کردن میکروارگانیسم‌های مفید مانند قارچ‌های میکوریزا یا تریکودرما در یک بستر تمیز، محیط رشد، میکروارگانیسم‌های بیماری‌زا را کمتر جذب می‌کند و درنتیجه گیاه را از آلوده شدن محافظت می‌کند.

میکروب‌های مفید برای یافتن مواد مغذی یا گلوکز با پاتوژن‌ها رقابت می‌کنند و برخی از آنتاگونیست‌ها روش خاص خود را برای به دست آوردن مزیت رقابتی دارند. به‌عنوان‌مثال، باکتری سودوموناس فلورسنت می‌تواند پروتئین‌هایی تولید کند که آهن کمی محلول (Fe) را به کلات آهن تبدیل می‌کند که سپس می‌تواند آن را بسیار راحت‌تر جذب کند. سپس قارچ فوزاریوم را از آهن مورد نیاز برای رشد محروم می‌کند و از رشد آن جلوگیری می‌کند. رقابت برای گلوکز همچنین می‌تواند باعث میکروبیوستازیس شود، به این معنی که هاگ آن قارچ بیماری‌زا به دلیل کمبود انرژی( گلوکز)  بسیار کندتر جوانه می‌زند.

میکروارگانیسم‌های آنتاگونیست همچنین می‌توانند یک یا چند مرحله از چرخه انتشار پاتوژن ها را مسدود کنند. به‌عنوان‌مثال، گونه سودوموناس P. Stutzeri، تشکیل کنیدی ها (اسپور غیرجنسی) و تشکیل و جوانه‌زنی کلامیدوسپور (اسپور غیرفعال با دیواره ضخیم) چندین نوع قارچ را قطع می‌کند، اما تأثیری بر رشد میسلیوم ندارد (طناب‌های میسلیوم قادر به انتقال مواد مغذی در فواصل طولانی هستند). سودوموناس همچنین می‌تواند آنتی‌بیوتیک تولید کند که می‌تواند تاکتیک دیگری برای حذف پاتوژن ها باشد، درحالی‌که سایر میکروارگانیسم‌ها آنزیم‌هایی تولید می‌کنند که به دیواره سلولی گونه‌های رقیب حمله می‌کنند. آنتاگونیست هایی که آنزیم های کیتینولیتیک تولید می‌کنند، پتانسیل این را دارند که علیه قارچ‌های بیماری‌زا عمل کنند. همچنین مشخص شده است که چندین ارگانیسم متضاد یا گونه‌های نزدیک به هم می‌توانند برای مبارزه با یک پاتوژن همکاری کنند. سایر آنتاگونیست‌ها به سادگی با تکثیر سریع‌تر بر یک میکروارگانیسم بیماری‌زا غلبه می‌کنند و درنتیجه آن‌ها را از رقابت برای منابع و هرگونه شانسی برای بقا محروم می‌کنند.

میکروارگانیسم‌های بیماری‌زا یا مضر

میکرو حیات مضر در بستر نیز به شکل پاتوژن های موجود در خاک یا آب است. برخی از این پاتوژن ها می‌توانند به بیش از ۸۰ گونه مختلف گیاهی حمله کنند و انعطاف‌پذیری آن‌ها به این معنی است که می‌توانند بسیار مهم باشند. میکروارگانیسم‌های مضر مختلفی وجود دارند که منجر به طیف وسیعی از عفونت‌ها و علائم می‌شوند (میوه‌ها پوسیده، محو شدن و نکروز و…).

برخی از پاتوژن‌ها میکروتوکسین‌هایی تولید می‌کنند که می‌توانند به گیاه یا میکرو حیات در بستر حمله کنند. پاتوژن ها زمانی می‌توانند نسبت به سایر میکروارگانیسم‌ها برتری پیدا کنند که بتوانند سریع‌تر جوانه بزنند و بتوانند برای مدت طولانی‌تری در شرایط غیر بهینه بمانند. گونه‌های بیماری‌زا و غیر بیماری‌زا می‌توانند خیلی به هم مرتبط باشند که استفاده از آنتاگونیست ها یا سایر اقدامات را دشوار می‌کند. پاتوژن ها زمانی که توسط آنتاگونیست ها مورد حمله قرار می‌گیرند، می‌توانند با آنها مقابله کنند؛ مانند فوزاریوم که می‌تواند اسید فوزاریوم تولید کند که بر سلول‌های گیاهی تأثیر می‌گذارد، اما می‌تواند تولید آنتی‌بیوتیک سودوموناس را نیز سرکوب کند (این امر از طریق تحقیقات در دانشگاه واگنینگن در هلند کشف شد).

میکروارگانیسم‌های خود را متعادل کنید

بیشتر آلودگی با پاتوژن ها در گیاهانی ایجاد می‌شود که از ابتدا ضعیف بوده‌اند. گیاهان سالم انعطاف‌پذیر هستند و می‌توانند به عفونت‌های میکروارگانیسم‌ها پاسخ دهند. به شرطی که پاسخ‌های گیاه به اندازه کافی سریع و قوی باشد، می‌تواند بر چنین عفونتی غلبه کند. به‌این‌ترتیب، اطمینان از شرایط آب‌وهوایی و خاک بهینه برای محصول مهم‌تر از شرایط بهینه رشد برای میکروارگانیسم‌های (مفید) است.

به دست آوردن یک تعادل خوب از میکروارگانیسم‌ها در بستر در یک دوره زمانی طولانی بسیار مهم است، اما گاهی اوقات چرخه رشد گیاه برای رسیدن به این تعادل بسیار کوتاه است. تلقیح بستر با آنتاگونیست ها امکان‌پذیر است و اگرچه نتایج همیشه یکسان نیستند، اما در برخی موارد می‌تواند تأثیر بسیار مثبتی بر رشد و سلامت گیاه داشته باشد. در برخی موارد، نتایج با اثر استفاده از مواد شیمیایی مانند قارچ‌کش‌ها قابل مقایسه است، اگرچه این نتایج ممکن است در کل فصل رشد باقی نمانند.

نتیجه‌گیری

میکروارگانیسم‌های موجود در بستر می‌توانند کمک بزرگی در سرکوب بیماری‌های گیاهی باشند و تحقیقات زیادی در این زمینه از باغبانی در حال انجام است. اگرچه این فناوری هنوز وارد جریان اصلی نشده است، تحقیقات موسسه لوئیس بولک در هلند نشان داده است که معرفی میکروارگانیسم‌های مفید و یا افزودن کمپوست برای افزایش میزان عمر میکرو حیات می‌تواند تأثیر عمده‌ای بر عملکرد محصول داشته باشد.