[h=2]نقش کودهای بیولوژیک[/h]
نقش کودهای بیولوژیک
مقدمه
مشكلاتي كه به وسيله استفاده بي رويه از سموم شيميايي براي انسان و محيط زيست به وجود مي آيد، ضرورت استفاده از روشهاي غيرشيميايي را افزايش مي دهد. استفاده غيراصولي از سموم كشاورزي و اثر مخرب آن بر روي انسان و محيط زيست از جمله مسائل مهم امروز دنيا است كه در اين ميان مبارزه بيولوژيك نقش بسيار مهمي را در اين زمينه ايفا مي كند.
بعضي از ارقام مانند رقم خزر (از ارقام پرمحصول) تا اندازه اي متحمل تر به آفت است و ارقام محلي قديمي كه دانه گرد بودند مانند عطري و عنبربو (كه ديگر در منطقه كشت نمي شوند) به كرم ساقه خوار حساس بودند و به شدت به آنها خسارت وارد مي شد. هر ساله با گسترش آفت در منطقه به موازات آن مبارزه شيميايي توسعه پيدا مي كرد تا در دهه 60 سطح عمليات آنقدر افزايش پيدا كرد كه سطح مبارزه شيميايي به 334 هزار هكتار در چند نوبت رسيد كه انواع حشره كش گرانول در آن اراضي مصرف شد كه حدود 8800 تن گرانول در يك سال مصرف شد.
زماني كه مسئله بحث زيست محيطي مطرح شد و توجه مسئولان و كارشناسان را به خود جلب كرد كه حجم بيش از حد مصرف سموم با توجه به اكولوژي خاص استان مازندران مي توانست منطقه را تهديد كند به همين دليل مسئولان به نتيجه رسيدند كه از ساير روشها به نحو مطلوب استفاده شود. يكي از اين روشها كه مي توانست آفت را كنترل كند مبارزه بيولوژيك بود كه توسط محققين موسسه آفات و بيماري هاي گياهي كارهاي تحقيقاتي آن انجام شد و زنبور تريكوگراما كه يك زنبور پارازيتويد است معرفي شد كه از اين رو مي توان به عنوان يك عامل بيولوژيك براي كنترل آفت ساقه خوار برنج استفاده كرد و اگر به دستورالعملها و توصيه ها توجه شود جايگزين مناسبي براي سم در كنترل كرم ساقه خوار برنج است.
كار تحقيقاتي از سال 1362 آغاز و تا سال 1366 ادامه پيدا كرد همچنين از سال 1367 كار تحقيقاتي و اجراي آن در استان مازندران شروع شد كه محققان و كارشناسان اجرايي توانستند با همكاري هم نقاط قوت و ضعف اين پروژه را پيدا كنند. از سال 1373 در سطح چهار شهرستان آمل- بابل –قائمشهر – بابلسر اين پروژه اجرا شد.
بروز مشكلات اقتصادي و زيست محيطي ناشي از مصرف بي رويه كودهاي شيميايي و نيز توجه به قابليت‌هاي ذاتي بسيار جالب و متنوع موجودات خاكزي و به ويژه ميكروارگانيسم‌ها موجب گرديده كه يكي از مهمترين و كاربردي ترين زمينه‌هاي مورد تحقيق در مطالعات علمي روز، تلاش براي توليد كودهاي زيستي باشد. كودهاي زيستي به مواد حاصلخيز كننده‌اي اطلاق مي‌شود كه حاوي تعداد كافي از يك يا چند گونه از ارگانيسم‌هاي مفيد خاكزي هستند كه روي مواد نگهدارنده مناسبي عرضه مي‌شوند. اين‌اصطلاح گاهي براي موادي كه فقط حاوي فراورده‌هاي اين موجودات هستند نيز بكار برده مي‌شود. كودهاي زيستي يا بيولوژيك بصورت مايه تلقيح ميكروبي، براي تامين يك يا چند عنصر غذايي مورد نياز گياه، نيز تعريف مي‌شوند. اين مواد بصورت تلقيح با بذر، خاك و يا كودهاي آلي (كمپوست) مصرف مي‌شوند.
باسابقه‌ترين و در حال حاضر رايج‌ترين انواع كودهاي زيستي، مربوط به باكتري‌هاي تثبيت كننده ازت است كه از بين آنها انواعي كه توان برقراري ارتباطهاي همزيستي با گياهان را دارند به دليل كارايي بيشتر درجذب مقدار قابل توجهي ازت مولكولي، كاربرد وسيع‌تري پيدا كرده‌اند. در سطح جهاني، مجموع مقدار ازتي كه از طريق اين همزيستي به خاك اضافه مي‌شود حدود 70 تا 85 ميليون تن در سال برآورد شده‌است. به عبارت ديگر، حدود 65 درصد كل ازت مصرفي در كشاورزي از طريق تثبيت بيولوژيكي صورت مي‌گيرد و اين امر در توليد محصولات زراعي در كشاورزي پايدار حائز اهميت است. يعني اين‌همزيستي داراي پتانسيل لازم براي پايداري خاك است كه مي‌تواند در رفع كمبود دو نياز اساسي خاك يعني ماده آلي و ازت كاملا موثر باشد. در چند دهه اخير با توجه به افزايش جمعيت و تقاضاي روزافزون‌براي موادغذايي، از كودهاي شيميايي به عنوان ابزاري براي نيل به حداكثر توليد در واحد سطح استفاده بي‌رويه شده كه از جمله زيان‌ها و پيامدهاي آن علاوه بر اتلاف سرمايه و خسارات مالي، شامل آلودگي‌منابع آبي و خاكي، بر هم خوردن تعادل عناصر غذايي در خاك، كاهش بازده محصولات كشاورزي در اثر كمبود يا سمي بودن بعضي عناصر، تجمع مواد آلاينده (نظير نيترات) در اندام‌هاي مصرفي محصولات‌زراعي و به طور كلي به خطر افتادن حيات و سلامتي انسان‌ها و ساير موجودات زنده بوده است. بروز مشكلات اقتصادي و زيست محيطي ناشي از اتلاف كودهاي شيميايي ازته (در نتيجه فرايندهايي چون تصاعد آمونياك، دنيتريفيكاسيون و آبشويي نيترات) نيز ايجاب نموده كه در سال‌هاي اخير سيستم‌هاي بيولوژيك تثبيت كننده ازت به عنوان بخشي از برنامه‌هاي كشاورزي پايدار جايگزين كودهاي شيميايي‌گردد. رايج‌ترين اين سيستم‌ها را همزيستي ريزوبيوم - لگومينوز تشكيل مي‌دهد. امروزه رايج‌ترين كودهاي ميكروبي عرضه شده در سطح وسيع تجارتي مربوط به باكتري‌هاي تثبيت كننده ازت و مهمترين‌انواع مورد توجه براي استفاده‌هاي عملي شامل ريزوبيوم‌ها در همزيستي با لگومينوزها، فرانكيا با انواعي از گياهان چوبي غير لگومينوز، آزوسپيريلوم براي غلات و سيانو باكترها به حالت آزاد و يا همزيست باآزولا براي شاليزارهاست. نقش ريزوبيوم‌ها در ارتقاي سطح حاصلخيزي خاك بيش از يك قرن است كه مورد توجه بوده و امتياز اين باكتري بر ساير دي ازوتروفها، انجام تثبيت ازت با پتانسيل بسيار زياد (درمواردي حدود 800 كيلو گرم در هكتار در سال) در حالت همزيستي با خانواده بقولات، به عنوان يكي از وسيع‌ترين خانواده سلسله‌هاي گياهي است. بخش عمده بررسي‌ها و پژوهش‌هاي علمي دربيوتكنولوژي خاك نيز بر روي اين باكتري صورت گرفته كه از نظر تنوع متابوليك، فيزيولوژيك و اكولوژيك در بين ساير باكتري‌ها بسيار جالب و شگفت‌انگيز است. گرچه توان تثبيت بيولوژيكي ازت مولكولي،خصوصيت مشترك همه باكتري‌هاي ريزوبيوم است اما در بين سويه‌ها از نظر كارايي و راندمان تثبيت ازت (يعني مقدار ازت تثبيت شده بازا هر واحد انرژي دريافتي از گياه ميزبان) تفاوت قابل ملاحظه‌اي وجوددارد. توان مقاومت در برابر تنش‌هاي محيطي (مانند شوري، خشكي، دما، آلودگي خاك با سموم و فلزات سنگين) نيز در سويه‌هاي ريزوبيوم متفاوت است و اين مشخصات عمومي و خصيصه‌هاي حياتي‌بايستي در انتخاب سويه مورد نظر براي استفاده در شرايط خاص مورد توجه قرار گيرد. يكي از استفاده‌هاي علمي از اين موجودات خاكزي توليد تجارتي مايه تلقيح ريزوبيوم و تلقيح آن به خاك و يا بذربقولات مي‌باشد كه در بعضي كشورها مرسوم شده است. توليد مايه تلقيح ريزوبيومي در طي چند مرحله اساسي زير صورت مي‌گيرد: 1 -جمع آوري و تفكيك سويه‌هاي جداسازي شده: يكي ازضروري‌ترين مشخصه‌ها كه بايد به عنوان يك معيار اصلي مبناي انتخاب قرار گيرد، توان رقابت آن با سويه‌هاي ضعيف و كم تاثير بومي خاك است تا مايه تلقيح تهيه شده از آن بتواند ارزش كاربرد در سطح‌مزارع را داشته باشد، بنابراين تفكيك سويه‌هاي ريزوبيومي يكي از اساسي‌ترين مراحل توليد مايه تلقيح بوده و در اين رابطه از روشهاي آنتي‌بيوتيكي، سرولوژيكي، ريزوبيوفاژ، و ژنتيكي استفاده مي‌شود.روش ژنتيكي نسبت به ساير روشها از دقت و كارايي بيشتري برخوردار است و به عنوان مثال، روش تجزيه پروفيل پلاسميدPPA) ) به عنوان بهترين و سريع‌ترين روش تفكيك سويه‌هاي سينوريزوبيوم‌مليلوتي توصيه شده است. (پلاسميدها در داخل سلول باكتري حامل مواد ژنتيكي بوده و بسياري از ژن‌هاي ضروري براي رشد باكتري در شرايط نامساعد محيطي توسط پلاسميدها حمل مي‌شوند.)
لازم به‌ذكر است كه گرچه تلاش‌هاي زيادي در سال‌هاي اخير جهت اصلاح ژنتيكي سويه‌هاي ريزوبيوم انجام شده ولي اكثر دست آوردهاي مهندسي ژنتيك به دليل ناتواني در رقابت با سويه‌هاي بومي خاك، درشرايط مزرعه چندان موفق نبوده و بنابراين بخش مهمي از برنامه‌هاي تحقيقاتي در جهت شناخت بيولوژي ريزوسفر و فاكتورهاي موثر بر كلنيزاسيون ريشه متمركز شده و بخش ديگري نيز در جهت اصلاح‌ژنتيكي گياه ميزبان براي يافتن ژنوتيپ‌هاي با پتانسيل سمبيوتيك بالاتر و تعيين روشهاي زراعي مناسب به منظور افزايش كارايي سيستم همزيستي برنامه‌ريزي شده‌اند. 2 -تكثير و توليد توده سلولي: اين مرحله‌يكي از پرهزينه‌ترين قسمت‌هاي توليد اينگونه فرآورده‌هاي ميكروبي مي‌باشد، به طوري كه در بسياري از كشورهاي توليد كننده مايه تلقيح، از مواد زائد و فرآورده‌هاي فرعي كارخانجات صنايع غذايي به عنوان‌محيط كشت و تكثير باكتري استفاده مي‌شود (شركت آمريكاييLipha Tech يك مايه تلقيح مايع توليد مي‌نمايد كه بدليل جنبه‌هاي اقتصادي، فرمولاسيون آن تا كنون مخفي مانده ولي توانايي حفظ جمعيت‌باكتري در فاز ثابت رشد را دارد). در ايران به منظور قطع واردات و توليد مايه تلقيح سويا، چند ماده ارزان قيمت جهت بررسي توان تكثير باكتري انتخاب و مورد آزمايش قرار گرفته كه در اين ميان رقت 20% عصاره جوMalt exrxct ) ) توانايي افزايش جمعيت باكتري را دارد.
3 -تهيه حامل مناسب: حامل باكتري به مواد جامد، مايع يا نيمه جامدي اطلاق مي‌شود كه قادر به حفظ جمعيت مشخصي از باكتري مورد نظر در مدت‌معين و به تعداد قابل قبولي باشد. بنابراين مهمترين ويژگي يك حامل توانايي حفظ جمعيت مناسبي از باكتري در فاصله زماني توليد تا مصرف آن در مزرعه مي‌باشد. در بسياري از كشورهاي پيشرفته مانندامريكا، كانادا، روسيه و استراليا از پيت به عنوان حامل استفاده مي‌شود كه متاسفانه در ايران معادن قابل بهره‌برداري ندارد و به همين دليل همواره مايه تلقيح سويا از خارج تهيه مي‌شود. نتايج آزمايشات انجام‌شده با كمپوست باگاس، كمپوست فيلتر كيك، ذغال سنگ، بنتونيت و ورميكوليت خام نشان داده كه تيمار كمپوست باگاس مي‌تواند به عنوان حامل جهت مايه تلقيح سويا استفاده شود. از جمله سيستم‌هاي‌همزيستي ريزوبيوم - لگومينوز كه در ايران بيشتر مورد تحقيق و بررسي بوده و مي‌توان به آن اشاره كرد، همزيستي گياه سويا با باكتري برادي ريزوبيوم ژاپونيكوم Bradyrhizobium japonicum))،همزيستي گياه يونجه با باكتري سينوريزوبيوم مليلوتي Sinorhizobium meliloti))، همزيستي گياه شبدر با باكتري ريزوبيوم تريفولي Rhizobium trifoli)) و همزيستي لوبيا و نخود با باكتري‌ريزوبيوم لگومينوزاروم Rhizobium legumiosarom)) است. اين سيستم‌هاي همزيستي مي‌توانند علاوه بر تامين نياز ازتي گياه ميزبان، در افزايش حاصلخيزي خاك‌هاي زير كشت و يا تهيه بخشي ازازت مورد نياز گياهان در تناوب زراعي بسيار موثر باشند. نكته مهم در برقراري اين همزيستي‌ها انتخاب موثرترين باكتري مي‌باشد كه بتواند در شرايط خاك مورد نظر با رقم گياهي مورد تحقيق داراي حداكثربازده باشد. ضمنا مصرف بي رويه كودهاي ازته در مراحل مختلف رشد گياهان بقول نيز موجب از بين رفتن و يا تضعيف گره‌هاي موجود در ريشه مي‌گردد كه محتوي ميليون‌ها باكتري ريزوبيوم هستند. اين مسئله‌در مزارع يونجه خوزستان و لوبيا در همدان كاملا مشهود است. سيانو باكترهاCianobacter) ) نيز يك دسته ديگر از ميكروارگانيسم‌هاي مهم تثبيت كننده ازت در خاك مي‌باشند كه تحقيقات جهاني درباره‌آنها سابقه طولاني داشته و هم اكنون در بسياري از كشورها به عنوان كود بيولوژيك ازته مصرف مي‌شوند. مطالعه سيانو باكترها در شاليزارهاي شمال ايران جهت امكان كاربرد آنها در مزارع برنج نشان داده كه‌جنس‌هاي مهم و غالب اين مناطق شامل آنابنا (در گرگان، ساري و انزلي)، ايسلوتاريا (در رشت) و نوستوك (در گرگان) است كه بررسي قدرت تثبيت ازت جنس‌هاي فوق نياز به مطالعات تكميلي است. ازتوباكتر كروكوكومAzotobacter Crococum) ) نيز يك باكتري آزاد زي تثبيت كننده ازت است كه مي‌تواند هورمون‌هاي محرك رشد گياه و بعضي مواد كنترل كننده قارچ‌ها را سنتز كند. امروزه بسياري‌كشورها از كود ازتوباكتري براي محصولات مختلف از جمله غلات، صيفي‌جات و سبزيجات استفاده مي‌كنند كه داراي اثرات چشمگيري بر روي وزن خشك اندام‌هاي هوايي، توسعه سيستم ريشه‌اي وعملكرد گياه مي‌باشد. تحقيقات انجام شده در ايران نشان مي‌دهد كه اين باكتري به همراه كود دامي و كمپوست داراي اثرات معني داري بر روي وزن و تعداد خوشه‌هاي گندم بوده و مي‌تواند جايگزين مناسبي‌براي كودهاي ازته باشد. آزوسپيريلوم نيز مي‌تواند به طور همزيست با گياهان مهم زراعي مانند انواع غلات (بخصوص گندم و ذرت) به تثبيت ازت مولكولي پرداخته و به عنوان يك كود بيولوژيك مورد توجه‌قرار گيرد. اين باكتري توانايي توليد هورمون‌هاي رشد گياهي را نيز دارد و تلقيح گياه با آن مي‌تواند موجب افزايش سيستم ريشه‌اي و افزايش معني‌دار وزن خشك ريشه و اندام‌هاي هوايي گياه گردد. در ايران تنهامورد استفاده از كودهاي زيستي ازته، مصرف باكتري برادي ريزوبيوم ژاپونيكوم در زراعت سويا و يا تلقيح بذور سويا با نيتراژن قبل از كشت است. اين امر موجب تثبيت ازت و افزايش جذب آن و در مواردي‌جذب آهن توسط گياه مي‌گردد. هم اكنون بررسي‌هايي جهت جمع‌آوري سويه‌هاي بومي ريزوبيوم، انتخاب انواع برتر و استفاده از آنها براي توليد مايه تلقيح سويا در داخل كشور، به منظور كاهش مصرف‌كودهاي ازته در دست انجام است و با توجه به پتانسيل با ارزش بسياري ديگر از ريزوبيوم‌ها در تثبيت ازت، رواج مصرف كودهاي شيميايي در كشت گياهان ميزبان آنها بسيار عجيب و غير قابل توجيه به نظرمي‌رسد. اميد است با برنامه‌ريزي دقيق در جهت اتكا به همزيستي مفيد ريزوبيوم‌ها به عنوان منبع اصلي تامين ازت خاك شاهد پايداري خاك‌هاي زير كشت كشورمان باشيم. از جمله برنامه‌هاي وسيع تحقيقاتي‌در جهان به منظور كاربرد بيشتر بيوتكنولوژي در افزايش سطح حاصلخيزي خاك‌ها مي‌توان به توليد سوش‌هاي ميكروبي با قدرت تاثير و كارايي بيشتر (سوش‌هاي برتر)، امكان انتقال ژن‌هاي عامل تثبيت ازت‌مولكولي به ساير گياهان و يا به ساير ميكروارگانيسم‌ها، جستجوي گونه‌ها و سوش‌هاي جديد در مناطق بررسي نشده، و توسعه توان برقراري همزيستي تثبيت ازت از لگومينوزها به ساير گياهان و بخصوص‌غلات اشاره كرد. پاراسيونيا كه تنها گياه غير لگوم همزيست با ريزوبيوم‌هاست به عنوان يك الگو يا مدل تجربي منحصر به فرد در بررسي‌هاي مهندسي ژنتيك، به منظور تعميم پديده همزيستي به گياهان ديگر وبخصوص امكان ايجاد گره‌هاي تثبيت كننده ازت بر روي ريشه محصولات استراتژيك مورد استفاده قرار دارد
قارچ‌هاي ميكوريزا و ميكروارگانيسماي حل كننده فسفات:
يكي از پايه‌هاي اساسي كشاورزي‌پايدار، استفاده كارآمد از كودهاي شيميايي و بخصوص كودهاي فسفاته است. اين كودها داراي تحرك كمي در خاك بوده و طي واكنش‌هايي با عناصر خاك (تركيب فسفات با كلسيم، منيزيم، آهن، روي، ...)بصورت نامحلول درآمده و بازده مصرفي آنها كاهش مي‌يابد. بنابراين بايستي در مديريت استفاده از كودهاي فسفاته تجديد نظر صورت گرفته و به روشهاي نوين مانند روشهاي بيولوژيك توجه بيشتري‌معطوف گردد. تحقيقات انجام شده در داخل و خارج كشور بر روي قارچ‌هاي ميكوريزا و نيز ميكروارگانيسم‌هاي حل كننده فسفات، نشان دهنده كارايي بالاي روشهاي بيولوژيك در افزايش فسفر قابل جذب‌گياهان است. قارچ‌هاي ميكوريزا كه در همزيستي با انواع مختلف گياهان به اجراي نقش مي‌پردازند كارايي و توانايي بسيار بالايي از نظر تامين فسفر مورد نياز گياه نشان داده، به طوري كه ساير فوايد مهم حاصل‌از همزيستي ميكوريزايي مانند جذب بيشتر بعضي از عناصر پرمصرف و كم مصرف (به عنوان مثال، افزايش جذب ازت، پتاس، كلسيم، منيزيم، منگنز، آهن)، جذب بهتر آب، توليد هورمون‌هاي محرك رشدگياه و بالاخره پتانسيل مقابله با عوامل بيماريزا ريشه، تحت الشعاع مسئله جذب فسفر توسط آنها قرار گرفته است. اين قارچ‌ها بدرون سلول‌هاي كورتكس راه يافته و سپس با استفاده از مواد فتوسنتزي ريشه به‌سرعت تكثير و با گسترش ريسه خود بدرون خاك، جذب عناصر غذايي و بويژه فسفر را افزايش مي‌دهند. در حال حاضر بعضي از انواع اين قارچ‌ها به طور تجارتي توليد و براي تلقيح خاك نهالستان‌ها وخزانه‌هاي كشت گياهان مختلف مورد استفاده مي‌باشند و امكان توليد انبوه انواع موثر براي گياهان زراعي در دست بررسي است. مهمترين قارچ‌هاي اندوميكوريزا، وزيكولار آرباسكولارVesicular arbuscular) ) از رده زيگوسيت‌ها و راسته Glomales است كه به طور همزيست با ريشه بسياري از گياهان زراعي، غلات و حبوبات فعاليت داشته و اثر كيفي مثبت در تغذيه فسفري گياه ميزبان، بويژه‌در خاك‌هاي با مقدار فسفات قابل جذب كم دارند. قارچ‌هاي اكتوميكوريزا عمدتا از جنس‌هايBoletus و Tricholoma در ريشه درختان كاج نيز نقش مهمي در تغذيه و رشد درختان دارند. به طور كلي‌اگر چه اثرات قارچ‌هاي ميكوريزا بر روي رشد گياه ميزبان و جذب عناصر غذايي بر حسب نوع خاك و نوع قارچ همزيست متفاوت است اما در هر حالت مثبت و معني‌دار است. ضمنا تحقيقات نشان داده كه دراكثر موارد بين قارچ‌هاي ميكوريزا و باكتري ريزوبيوم يك اثر سيزژيستي در تثبيت ازت و افزايش وزن غده‌هاي ريشه‌اي در گياه وجود دارد. اما ميكروارگانيسم‌هاي حل كننده فسفاتPSM) ) بصورت‌ساپروفيت در منطقه ريشه (ريزوسفر) فعاليت نموده و با مصرف ترشحات ريشه، تركيبات نامحلول فسفات (مانند تري كلسيم فسفات) را بصورت محلول قابل جذب گياه در مي‌آورند. اين ميكروارگانيسم‌هاي آزاد زي بصورت كودهاي ميكروبي فسفاته در سطح تجارتي عرضه شده‌اند كه هر چند كارايي ميكوريزا را ندارند ولي اثرات سينرژيستي حاصل از تلقيح مشترك آنها مورد توجه قرار گرفته است. بررسي‌فراواني نسبي ميكروارگانيسم‌هاي حل كننده فسفات در خاك‌هاي نواحي مختلف كشور نيز نشان مي‌دهد كه قارچ‌ها 46.75، باكتري‌ها 40.3 و اكتينوميست‌ها 12.99 درصد كلPSM فعال را در خاك‌هاي‌ريزوسفري بخود اختصاص داده‌اند. با توجه به مصرف سالانه نزديك به يك ميليون تن كود دي آمونيوم فسفات در ايران، بازده پايين كودهاي فسفاته در خاك‌هاي آهكي كشور و همچنين پيامدهاي حاصل از زياده روي در مصرف اين كودها (آلودگي آب‌هاي سطحي با ذرات خاكي غني از فسفر و يا كاهش عملكرد گياهان در نتيجه كم شدن جذب روي و آهن و يا تجميع بيش از حد بور، منگنز و يا موليبدون درگياهان) شايسته است كه در زمينه تامين فسفر مورد نياز گياهان از طريق كودهاي ميكروبي فسفاته توجهات بيشتري صورت گيرد. تحقيقات انجام شده بر روي گندم آبي در نقاط مختلف كشور بيانگر اقتصادي بودن توليد و استفاده از آنها بجاي كودهاي شيميايي فسفاته است.
باكتري‌هاي ريزوسفري مولد سيدروفور:
اين باكتري ها به عنوان ريزوباكتري‌هاي افزاينده رشد گياه توصيف مي‌شوند. اين گروه ازحاصلخيزكننده‌ها با توليد تركيب‌هاي آلي خاص كه قادر به تشكيل كلات با آهن فريك هستند مي‌توانند در كنترل مقدار آهن قابل جذب در ريزوسفر موثر باشند. اين باكتري‌ها بيشتر از جنس پسودوموناس بوده اما ليست انواع ديگر آنها در حال گسترش است. ثابت شده كه توليد و ترشح سيدروفورهايي مانند ريزوباكتينRhizobactine) ) مي‌تواند در شرايط كمبود آهن محيط، در قابليت جذب آن براي لگومينوزها موثر باشد. همچنين تحقيقات نشان مي‌دهد كه باكتري ريزوبيوم تريفولي در گره‌هاي ريشه شبدر علاوه بر تثبيت ازت خاك (گاهي تا Kg/ha 170 در سال) توانايي توليد سيدروفور داشته و تلقيح آنها به گياه ميزبان مي‌تواند به طور چشمگيري در قابليت جذب آهن خاك موثر باشد. به هر حال، اگر چه تلقيح گياهان با اين قبيل ريزوباكترها بيشتر در سطح برنامه‌هاي تحقيقاتي انجام شده، اما نتايج رضايت بخشي كه به‌همراه داشته امكان كاربرد وسيع آنرا اميدبخش جلوه مي‌دهد. گروه ديگر باكتري‌هاي ريزوسفري به عنوان عامل بيوكنترل مورد توجه قرار گرفته‌اند. به عنوان مثال برخي از سويه‌هاي ريزوبيوم مي‌توانند با توليدمتابوليت‌هاي سمي (ريزوبيوتوكسينRhizobiotoxine =) از ايجاد بيماري‌هاي ريشه توسط قارچ‌هايي مانند فيتوفتورا Phitophtora)) و ريزوكتونياRhizoctonia) ) جلوگيري كرده و در حفظ سلامت گياه موثر واقع شوند.
ميكروارگانيسم‌هاي تجزيه كننده سلولز:
اين گروه شامل انواعي از قارچ‌ها و باكتري‌ها و يا آنزيم‌هاي استخراج شده از آنها مي‌باشد كه براي تبديل سريعتر بازمانده‌هاي آلي و توليد كمپوست مورد استفاده قرار مي‌گيرند. البته از بعضي انواع كرم‌هاي خاكي نيز بمنظور توليد كمپوست استفاده مي‌شود كه بنام ورمي كمپوست خوانده مي‌شود. توليد كود آلي (كمپوست) بطريقه بيوتكنولوژي و از كليه منابع آلي از جمله زباله‌هاي خانگي، ضايعات كشاورزي (باگاس نيشكر، ضايعات پسته و چاي، كاه و كلش غلات، سبوس برنج و ...) و بازيافت (لجن) فاضلاب‌هاي شهري و خانگي و غيره‌صورت مي‌گيرد. در توليد كود آلي از اكتيواتورهاActivators) ) يا تخميركننده‌هاي آلي استفاده مي‌شود كه شامل قارچ‌هاي جنس تريكودرماTrichoderma spp) .) به عنوان عنصر تلقيح بر روي كمپوست و كود برگي است. گاهي از قارچ‌هاي هوميكولاHumicola) ) و آسپرژيلوسAspergillus sp.) ) نيز به عنوان اكتيواتور استفاده مي‌شود. اين قارچ‌ها مي‌توانند براحتي و به طور سريع عمل تخمير و تجزيه سلولز، همي سلولز و ليگنين را انجام داده و در توليد كمپوست بسيار مفيد باشند. يكي از بهترين روشهاي دفع زباله‌هاي شهري تبديل آن به كمپوست است كه اين علاوه بر كاهش مشكلات بهداشتي و زيست محيطي، نقش مهمي در توليد مواد آلي دارد. اگر كل جمعيت شهرنشين كشور حدود 30 ميليون نفر و سرانه توليد زباله 350 گرم در روز باشد مقدار زباله توليد شده بالغ بر 10 هزار تن در روز و3.6 ميليون تن در سال خواهد شد. بديهي است كه جمع‌آوري و دفع چنين مقداري از زباله علاوه بر هزينه زياد، مديريت و تداركات گسترده‌اي طلب مي‌كند. از آنجا كه حدود 70 درصد زباله‌هاي شهري‌قابل تبديل به كود آلي مرغوب مي‌باشد از اين طريق ساليانه حدود 2.5 ميليون تن كود كمپوست ساخته خواهد شد كه نقش قابل توجهي در باروري خاك‌ها و افزايش غلظت عناصر غذايي در خاك دارد. همچنين در جريان اين تبديل حدود 200 ميليون ليتر شيرابه زباله نيز توليد مي‌شود كه براي تقويت خاك و افزايش عملكرد گياهان به طور معني‌داري موثر است. با توجه به گسترش شگفت‌آور گياه Azolla filiculoides در آب‌هاي راكد استان گيلان، تحقيقاتي در زمينه تبديل اين ماده گياهي به كمپوست (تهيه كمپوست آزولا) نيز در حال انجام است. در اين طريق آزولا بصورت لايه لايه (لايه‌هاي 10 سانتي) درداخل چاله‌ها (يا جعبه‌ها) ريخته شده و بين لايه‌ها نيز مقداري كمپوست آماده آزولا (به ضخامت حدود 3 سانتي‌متر) اضافه مي‌شود. به مرور زمان آزولا تجزيه و وقتي كه دماي كمپوست در عمق 10 سانتي‌متري با دماي محيط برابر شود پايان آزمايش و تهيه توده رنگي از ماده گياهي است. تهيه كمپوست از ضايعات كشاورزي نيز حائز اهميت است و نقش مهمي در تهيه مواد غذايي خاك دارد. به عنوان مثال اگر مقدار كلش برنج به طور متوسط حدود 5 تن در هكتار باشد با كمپوست كردن آن حدود 30 كيلوگرم ازت، 5 كيلوگرم فسفر خالص، 5 كيلوگرم گوگرد، 75 كيلوگرم پتاسيم خالص و 250 كيلوگرم سيليس در هكتار بخاك برمي‌گردد. با توجه به نقش ارزنده مواد آلي در بهبود خصوصيات فيزيكوشيميايي و حاصلخيزي خاك، ضرورت دارد در راستاي كشاورزي پايدار نسبت به تامين سطح معقول اين مواد در خاك جهت دستيابي به عملكرد بالقوه اقدام شود. از آنجا كه مقدار مواد آلي در بيش از 60 درصد خاك‌هاي زير كشت كشور كمتر از يك درصد و در بخش قابل توجهي از آنها كمتر از 0.5 درصد است لازم است درخصوص تهيه و ساخت انواع كودهاي آلي (كمپوست) در ايران اقدام شود.
مقدمه
مشكلاتي كه به وسيله استفاده بي رويه از سموم شيميايي براي انسان و محيط زيست به وجود مي آيد، ضرورت استفاده از روشهاي غيرشيميايي را افزايش مي دهد. استفاده غيراصولي از سموم كشاورزي و اثر مخرب آن بر روي انسان و محيط زيست از جمله مسائل مهم امروز دنيا است كه در اين ميان مبارزه بيولوژيك نقش بسيار مهمي را در اين زمينه ايفا مي كند.
بعضي از ارقام مانند رقم خزر (از ارقام پرمحصول) تا اندازه اي متحمل تر به آفت است و ارقام محلي قديمي كه دانه گرد بودند مانند عطري و عنبربو (كه ديگر در منطقه كشت نمي شوند) به كرم ساقه خوار حساس بودند و به شدت به آنها خسارت وارد مي شد. هر ساله با گسترش آفت در منطقه به موازات آن مبارزه شيميايي توسعه پيدا مي كرد تا در دهه 60 سطح عمليات آنقدر افزايش پيدا كرد كه سطح مبارزه شيميايي به 334 هزار هكتار در چند نوبت رسيد كه انواع حشره كش گرانول در آن اراضي مصرف شد كه حدود 8800 تن گرانول در يك سال مصرف شد.
زماني كه مسئله بحث زيست محيطي مطرح شد و توجه مسئولان و كارشناسان را به خود جلب كرد كه حجم بيش از حد مصرف سموم با توجه به اكولوژي خاص استان مازندران مي توانست منطقه را تهديد كند به همين دليل مسئولان به نتيجه رسيدند كه از ساير روشها به نحو مطلوب استفاده شود. يكي از اين روشها كه مي توانست آفت را كنترل كند مبارزه بيولوژيك بود كه توسط محققين موسسه آفات و بيماري هاي گياهي كارهاي تحقيقاتي آن انجام شد و زنبور تريكوگراما كه يك زنبور پارازيتويد است معرفي شد كه از اين رو مي توان به عنوان يك عامل بيولوژيك براي كنترل آفت ساقه خوار برنج استفاده كرد و اگر به دستورالعملها و توصيه ها توجه شود جايگزين مناسبي براي سم در كنترل كرم ساقه خوار برنج است.
كار تحقيقاتي از سال 1362 آغاز و تا سال 1366 ادامه پيدا كرد همچنين از سال 1367 كار تحقيقاتي و اجراي آن در استان مازندران شروع شد كه محققان و كارشناسان اجرايي توانستند با همكاري هم نقاط قوت و ضعف اين پروژه را پيدا كنند. از سال 1373 در سطح چهار شهرستان آمل- بابل –قائمشهر – بابلسر اين پروژه اجرا شد.
بروز مشكلات اقتصادي و زيست محيطي ناشي از مصرف بي رويه كودهاي شيميايي و نيز توجه به قابليت‌هاي ذاتي بسيار جالب و متنوع موجودات خاكزي و به ويژه ميكروارگانيسم‌ها موجب گرديده كه يكي از مهمترين و كاربردي ترين زمينه‌هاي مورد تحقيق در مطالعات علمي روز، تلاش براي توليد كودهاي زيستي باشد. كودهاي زيستي به مواد حاصلخيز كننده‌اي اطلاق مي‌شود كه حاوي تعداد كافي از يك يا چند گونه از ارگانيسم‌هاي مفيد خاكزي هستند كه روي مواد نگهدارنده مناسبي عرضه مي‌شوند. اين‌اصطلاح گاهي براي موادي كه فقط حاوي فراورده‌هاي اين موجودات هستند نيز بكار برده مي‌شود. كودهاي زيستي يا بيولوژيك بصورت مايه تلقيح ميكروبي، براي تامين يك يا چند عنصر غذايي مورد نياز گياه، نيز تعريف مي‌شوند. اين مواد بصورت تلقيح با بذر، خاك و يا كودهاي آلي (كمپوست) مصرف مي‌شوند.
باسابقه‌ترين و در حال حاضر رايج‌ترين انواع كودهاي زيستي، مربوط به باكتري‌هاي تثبيت كننده ازت است كه از بين آنها انواعي كه توان برقراري ارتباطهاي همزيستي با گياهان را دارند به دليل كارايي بيشتر درجذب مقدار قابل توجهي ازت مولكولي، كاربرد وسيع‌تري پيدا كرده‌اند. در سطح جهاني، مجموع مقدار ازتي كه از طريق اين همزيستي به خاك اضافه مي‌شود حدود 70 تا 85 ميليون تن در سال برآورد شده‌است. به عبارت ديگر، حدود 65 درصد كل ازت مصرفي در كشاورزي از طريق تثبيت بيولوژيكي صورت مي‌گيرد و اين امر در توليد محصولات زراعي در كشاورزي پايدار حائز اهميت است. يعني اين‌همزيستي داراي پتانسيل لازم براي پايداري خاك است كه مي‌تواند در رفع كمبود دو نياز اساسي خاك يعني ماده آلي و ازت كاملا موثر باشد. در چند دهه اخير با توجه به افزايش جمعيت و تقاضاي روزافزون‌براي موادغذايي، از كودهاي شيميايي به عنوان ابزاري براي نيل به حداكثر توليد در واحد سطح استفاده بي‌رويه شده كه از جمله زيان‌ها و پيامدهاي آن علاوه بر اتلاف سرمايه و خسارات مالي، شامل آلودگي‌منابع آبي و خاكي، بر هم خوردن تعادل عناصر غذايي در خاك، كاهش بازده محصولات كشاورزي در اثر كمبود يا سمي بودن بعضي عناصر، تجمع مواد آلاينده (نظير نيترات) در اندام‌هاي مصرفي محصولات‌زراعي و به طور كلي به خطر افتادن حيات و سلامتي انسان‌ها و ساير موجودات زنده بوده است. بروز مشكلات اقتصادي و زيست محيطي ناشي از اتلاف كودهاي شيميايي ازته (در نتيجه فرايندهايي چون تصاعد آمونياك، دنيتريفيكاسيون و آبشويي نيترات) نيز ايجاب نموده كه در سال‌هاي اخير سيستم‌هاي بيولوژيك تثبيت كننده ازت به عنوان بخشي از برنامه‌هاي كشاورزي پايدار جايگزين كودهاي شيميايي‌گردد. رايج‌ترين اين سيستم‌ها را همزيستي ريزوبيوم - لگومينوز تشكيل مي‌دهد. امروزه رايج‌ترين كودهاي ميكروبي عرضه شده در سطح وسيع تجارتي مربوط به باكتري‌هاي تثبيت كننده ازت و مهمترين‌انواع مورد توجه براي استفاده‌هاي عملي شامل ريزوبيوم‌ها در همزيستي با لگومينوزها، فرانكيا با انواعي از گياهان چوبي غير لگومينوز، آزوسپيريلوم براي غلات و سيانو باكترها به حالت آزاد و يا همزيست باآزولا براي شاليزارهاست. نقش ريزوبيوم‌ها در ارتقاي سطح حاصلخيزي خاك بيش از يك قرن است كه مورد توجه بوده و امتياز اين باكتري بر ساير دي ازوتروفها، انجام تثبيت ازت با پتانسيل بسيار زياد (درمواردي حدود 800 كيلو گرم در هكتار در سال) در حالت همزيستي با خانواده بقولات، به عنوان يكي از وسيع‌ترين خانواده سلسله‌هاي گياهي است. بخش عمده بررسي‌ها و پژوهش‌هاي علمي دربيوتكنولوژي خاك نيز بر روي اين باكتري صورت گرفته كه از نظر تنوع متابوليك، فيزيولوژيك و اكولوژيك در بين ساير باكتري‌ها بسيار جالب و شگفت‌انگيز است. گرچه توان تثبيت بيولوژيكي ازت مولكولي،خصوصيت مشترك همه باكتري‌هاي ريزوبيوم است اما در بين سويه‌ها از نظر كارايي و راندمان تثبيت ازت (يعني مقدار ازت تثبيت شده بازا هر واحد انرژي دريافتي از گياه ميزبان) تفاوت قابل ملاحظه‌اي وجوددارد. توان مقاومت در برابر تنش‌هاي محيطي (مانند شوري، خشكي، دما، آلودگي خاك با سموم و فلزات سنگين) نيز در سويه‌هاي ريزوبيوم متفاوت است و اين مشخصات عمومي و خصيصه‌هاي حياتي‌بايستي در انتخاب سويه مورد نظر براي استفاده در شرايط خاص مورد توجه قرار گيرد. يكي از استفاده‌هاي علمي از اين موجودات خاكزي توليد تجارتي مايه تلقيح ريزوبيوم و تلقيح آن به خاك و يا بذربقولات مي‌باشد كه در بعضي كشورها مرسوم شده است. توليد مايه تلقيح ريزوبيومي در طي چند مرحله اساسي زير صورت مي‌گيرد: 1 -جمع آوري و تفكيك سويه‌هاي جداسازي شده: يكي ازضروري‌ترين مشخصه‌ها كه بايد به عنوان يك معيار اصلي مبناي انتخاب قرار گيرد، توان رقابت آن با سويه‌هاي ضعيف و كم تاثير بومي خاك است تا مايه تلقيح تهيه شده از آن بتواند ارزش كاربرد در سطح‌مزارع را داشته باشد، بنابراين تفكيك سويه‌هاي ريزوبيومي يكي از اساسي‌ترين مراحل توليد مايه تلقيح بوده و در اين رابطه از روشهاي آنتي‌بيوتيكي، سرولوژيكي، ريزوبيوفاژ، و ژنتيكي استفاده مي‌شود.روش ژنتيكي نسبت به ساير روشها از دقت و كارايي بيشتري برخوردار است و به عنوان مثال، روش تجزيه پروفيل پلاسميدPPA) ) به عنوان بهترين و سريع‌ترين روش تفكيك سويه‌هاي سينوريزوبيوم‌مليلوتي توصيه شده است. (پلاسميدها در داخل سلول باكتري حامل مواد ژنتيكي بوده و بسياري از ژن‌هاي ضروري براي رشد باكتري در شرايط نامساعد محيطي توسط پلاسميدها حمل مي‌شوند.)
لازم به‌ذكر است كه گرچه تلاش‌هاي زيادي در سال‌هاي اخير جهت اصلاح ژنتيكي سويه‌هاي ريزوبيوم انجام شده ولي اكثر دست آوردهاي مهندسي ژنتيك به دليل ناتواني در رقابت با سويه‌هاي بومي خاك، درشرايط مزرعه چندان موفق نبوده و بنابراين بخش مهمي از برنامه‌هاي تحقيقاتي در جهت شناخت بيولوژي ريزوسفر و فاكتورهاي موثر بر كلنيزاسيون ريشه متمركز شده و بخش ديگري نيز در جهت اصلاح‌ژنتيكي گياه ميزبان براي يافتن ژنوتيپ‌هاي با پتانسيل سمبيوتيك بالاتر و تعيين روشهاي زراعي مناسب به منظور افزايش كارايي سيستم همزيستي برنامه‌ريزي شده‌اند. 2 -تكثير و توليد توده سلولي: اين مرحله‌يكي از پرهزينه‌ترين قسمت‌هاي توليد اينگونه فرآورده‌هاي ميكروبي مي‌باشد، به طوري كه در بسياري از كشورهاي توليد كننده مايه تلقيح، از مواد زائد و فرآورده‌هاي فرعي كارخانجات صنايع غذايي به عنوان‌محيط كشت و تكثير باكتري استفاده مي‌شود (شركت آمريكاييLipha Tech يك مايه تلقيح مايع توليد مي‌نمايد كه بدليل جنبه‌هاي اقتصادي، فرمولاسيون آن تا كنون مخفي مانده ولي توانايي حفظ جمعيت‌باكتري در فاز ثابت رشد را دارد). در ايران به منظور قطع واردات و توليد مايه تلقيح سويا، چند ماده ارزان قيمت جهت بررسي توان تكثير باكتري انتخاب و مورد آزمايش قرار گرفته كه در اين ميان رقت 20% عصاره جوMalt exrxct ) ) توانايي افزايش جمعيت باكتري را دارد.
3 -تهيه حامل مناسب: حامل باكتري به مواد جامد، مايع يا نيمه جامدي اطلاق مي‌شود كه قادر به حفظ جمعيت مشخصي از باكتري مورد نظر در مدت‌معين و به تعداد قابل قبولي باشد. بنابراين مهمترين ويژگي يك حامل توانايي حفظ جمعيت مناسبي از باكتري در فاصله زماني توليد تا مصرف آن در مزرعه مي‌باشد. در بسياري از كشورهاي پيشرفته مانندامريكا، كانادا، روسيه و استراليا از پيت به عنوان حامل استفاده مي‌شود كه متاسفانه در ايران معادن قابل بهره‌برداري ندارد و به همين دليل همواره مايه تلقيح سويا از خارج تهيه مي‌شود. نتايج آزمايشات انجام‌شده با كمپوست باگاس، كمپوست فيلتر كيك، ذغال سنگ، بنتونيت و ورميكوليت خام نشان داده كه تيمار كمپوست باگاس مي‌تواند به عنوان حامل جهت مايه تلقيح سويا استفاده شود. از جمله سيستم‌هاي‌همزيستي ريزوبيوم - لگومينوز كه در ايران بيشتر مورد تحقيق و بررسي بوده و مي‌توان به آن اشاره كرد، همزيستي گياه سويا با باكتري برادي ريزوبيوم ژاپونيكوم Bradyrhizobium japonicum))،همزيستي گياه يونجه با باكتري سينوريزوبيوم مليلوتي Sinorhizobium meliloti))، همزيستي گياه شبدر با باكتري ريزوبيوم تريفولي Rhizobium trifoli)) و همزيستي لوبيا و نخود با باكتري‌ريزوبيوم لگومينوزاروم Rhizobium legumiosarom)) است. اين سيستم‌هاي همزيستي مي‌توانند علاوه بر تامين نياز ازتي گياه ميزبان، در افزايش حاصلخيزي خاك‌هاي زير كشت و يا تهيه بخشي ازازت مورد نياز گياهان در تناوب زراعي بسيار موثر باشند. نكته مهم در برقراري اين همزيستي‌ها انتخاب موثرترين باكتري مي‌باشد كه بتواند در شرايط خاك مورد نظر با رقم گياهي مورد تحقيق داراي حداكثربازده باشد. ضمنا مصرف بي رويه كودهاي ازته در مراحل مختلف رشد گياهان بقول نيز موجب از بين رفتن و يا تضعيف گره‌هاي موجود در ريشه مي‌گردد كه محتوي ميليون‌ها باكتري ريزوبيوم هستند. اين مسئله‌در مزارع يونجه خوزستان و لوبيا در همدان كاملا مشهود است. سيانو باكترهاCianobacter) ) نيز يك دسته ديگر از ميكروارگانيسم‌هاي مهم تثبيت كننده ازت در خاك مي‌باشند كه تحقيقات جهاني درباره‌آنها سابقه طولاني داشته و هم اكنون در بسياري از كشورها به عنوان كود بيولوژيك ازته مصرف مي‌شوند. مطالعه سيانو باكترها در شاليزارهاي شمال ايران جهت امكان كاربرد آنها در مزارع برنج نشان داده كه‌جنس‌هاي مهم و غالب اين مناطق شامل آنابنا (در گرگان، ساري و انزلي)، ايسلوتاريا (در رشت) و نوستوك (در گرگان) است كه بررسي قدرت تثبيت ازت جنس‌هاي فوق نياز به مطالعات تكميلي است. ازتوباكتر كروكوكومAzotobacter Crococum) ) نيز يك باكتري آزاد زي تثبيت كننده ازت است كه مي‌تواند هورمون‌هاي محرك رشد گياه و بعضي مواد كنترل كننده قارچ‌ها را سنتز كند. امروزه بسياري‌كشورها از كود ازتوباكتري براي محصولات مختلف از جمله غلات، صيفي‌جات و سبزيجات استفاده مي‌كنند كه داراي اثرات چشمگيري بر روي وزن خشك اندام‌هاي هوايي، توسعه سيستم ريشه‌اي وعملكرد گياه مي‌باشد. تحقيقات انجام شده در ايران نشان مي‌دهد كه اين باكتري به همراه كود دامي و كمپوست داراي اثرات معني داري بر روي وزن و تعداد خوشه‌هاي گندم بوده و مي‌تواند جايگزين مناسبي‌براي كودهاي ازته باشد. آزوسپيريلوم نيز مي‌تواند به طور همزيست با گياهان مهم زراعي مانند انواع غلات (بخصوص گندم و ذرت) به تثبيت ازت مولكولي پرداخته و به عنوان يك كود بيولوژيك مورد توجه‌قرار گيرد. اين باكتري توانايي توليد هورمون‌هاي رشد گياهي را نيز دارد و تلقيح گياه با آن مي‌تواند موجب افزايش سيستم ريشه‌اي و افزايش معني‌دار وزن خشك ريشه و اندام‌هاي هوايي گياه گردد. در ايران تنهامورد استفاده از كودهاي زيستي ازته، مصرف باكتري برادي ريزوبيوم ژاپونيكوم در زراعت سويا و يا تلقيح بذور سويا با نيتراژن قبل از كشت است. اين امر موجب تثبيت ازت و افزايش جذب آن و در مواردي‌جذب آهن توسط گياه مي‌گردد. هم اكنون بررسي‌هايي جهت جمع‌آوري سويه‌هاي بومي ريزوبيوم، انتخاب انواع برتر و استفاده از آنها براي توليد مايه تلقيح سويا در داخل كشور، به منظور كاهش مصرف‌كودهاي ازته در دست انجام است و با توجه به پتانسيل با ارزش بسياري ديگر از ريزوبيوم‌ها در تثبيت ازت، رواج مصرف كودهاي شيميايي در كشت گياهان ميزبان آنها بسيار عجيب و غير قابل توجيه به نظرمي‌رسد. اميد است با برنامه‌ريزي دقيق در جهت اتكا به همزيستي مفيد ريزوبيوم‌ها به عنوان منبع اصلي تامين ازت خاك شاهد پايداري خاك‌هاي زير كشت كشورمان باشيم. از جمله برنامه‌هاي وسيع تحقيقاتي‌در جهان به منظور كاربرد بيشتر بيوتكنولوژي در افزايش سطح حاصلخيزي خاك‌ها مي‌توان به توليد سوش‌هاي ميكروبي با قدرت تاثير و كارايي بيشتر (سوش‌هاي برتر)، امكان انتقال ژن‌هاي عامل تثبيت ازت‌مولكولي به ساير گياهان و يا به ساير ميكروارگانيسم‌ها، جستجوي گونه‌ها و سوش‌هاي جديد در مناطق بررسي نشده، و توسعه توان برقراري همزيستي تثبيت ازت از لگومينوزها به ساير گياهان و بخصوص‌غلات اشاره كرد. پاراسيونيا كه تنها گياه غير لگوم همزيست با ريزوبيوم‌هاست به عنوان يك الگو يا مدل تجربي منحصر به فرد در بررسي‌هاي مهندسي ژنتيك، به منظور تعميم پديده همزيستي به گياهان ديگر وبخصوص امكان ايجاد گره‌هاي تثبيت كننده ازت بر روي ريشه محصولات استراتژيك مورد استفاده قرار دارد
قارچ‌هاي ميكوريزا و ميكروارگانيسماي حل كننده فسفات:
يكي از پايه‌هاي اساسي كشاورزي‌پايدار، استفاده كارآمد از كودهاي شيميايي و بخصوص كودهاي فسفاته است. اين كودها داراي تحرك كمي در خاك بوده و طي واكنش‌هايي با عناصر خاك (تركيب فسفات با كلسيم، منيزيم، آهن، روي، ...)بصورت نامحلول درآمده و بازده مصرفي آنها كاهش مي‌يابد. بنابراين بايستي در مديريت استفاده از كودهاي فسفاته تجديد نظر صورت گرفته و به روشهاي نوين مانند روشهاي بيولوژيك توجه بيشتري‌معطوف گردد. تحقيقات انجام شده در داخل و خارج كشور بر روي قارچ‌هاي ميكوريزا و نيز ميكروارگانيسم‌هاي حل كننده فسفات، نشان دهنده كارايي بالاي روشهاي بيولوژيك در افزايش فسفر قابل جذب‌گياهان است. قارچ‌هاي ميكوريزا كه در همزيستي با انواع مختلف گياهان به اجراي نقش مي‌پردازند كارايي و توانايي بسيار بالايي از نظر تامين فسفر مورد نياز گياه نشان داده، به طوري كه ساير فوايد مهم حاصل‌از همزيستي ميكوريزايي مانند جذب بيشتر بعضي از عناصر پرمصرف و كم مصرف (به عنوان مثال، افزايش جذب ازت، پتاس، كلسيم، منيزيم، منگنز، آهن)، جذب بهتر آب، توليد هورمون‌هاي محرك رشدگياه و بالاخره پتانسيل مقابله با عوامل بيماريزا ريشه، تحت الشعاع مسئله جذب فسفر توسط آنها قرار گرفته است. اين قارچ‌ها بدرون سلول‌هاي كورتكس راه يافته و سپس با استفاده از مواد فتوسنتزي ريشه به‌سرعت تكثير و با گسترش ريسه خود بدرون خاك، جذب عناصر غذايي و بويژه فسفر را افزايش مي‌دهند. در حال حاضر بعضي از انواع اين قارچ‌ها به طور تجارتي توليد و براي تلقيح خاك نهالستان‌ها وخزانه‌هاي كشت گياهان مختلف مورد استفاده مي‌باشند و امكان توليد انبوه انواع موثر براي گياهان زراعي در دست بررسي است. مهمترين قارچ‌هاي اندوميكوريزا، وزيكولار آرباسكولارVesicular arbuscular) ) از رده زيگوسيت‌ها و راسته Glomales است كه به طور همزيست با ريشه بسياري از گياهان زراعي، غلات و حبوبات فعاليت داشته و اثر كيفي مثبت در تغذيه فسفري گياه ميزبان، بويژه‌در خاك‌هاي با مقدار فسفات قابل جذب كم دارند. قارچ‌هاي اكتوميكوريزا عمدتا از جنس‌هايBoletus و Tricholoma در ريشه درختان كاج نيز نقش مهمي در تغذيه و رشد درختان دارند. به طور كلي‌اگر چه اثرات قارچ‌هاي ميكوريزا بر روي رشد گياه ميزبان و جذب عناصر غذايي بر حسب نوع خاك و نوع قارچ همزيست متفاوت است اما در هر حالت مثبت و معني‌دار است. ضمنا تحقيقات نشان داده كه دراكثر موارد بين قارچ‌هاي ميكوريزا و باكتري ريزوبيوم يك اثر سيزژيستي در تثبيت ازت و افزايش وزن غده‌هاي ريشه‌اي در گياه وجود دارد. اما ميكروارگانيسم‌هاي حل كننده فسفاتPSM) ) بصورت‌ساپروفيت در منطقه ريشه (ريزوسفر) فعاليت نموده و با مصرف ترشحات ريشه، تركيبات نامحلول فسفات (مانند تري كلسيم فسفات) را بصورت محلول قابل جذب گياه در مي‌آورند. اين ميكروارگانيسم‌هاي آزاد زي بصورت كودهاي ميكروبي فسفاته در سطح تجارتي عرضه شده‌اند كه هر چند كارايي ميكوريزا را ندارند ولي اثرات سينرژيستي حاصل از تلقيح مشترك آنها مورد توجه قرار گرفته است. بررسي‌فراواني نسبي ميكروارگانيسم‌هاي حل كننده فسفات در خاك‌هاي نواحي مختلف كشور نيز نشان مي‌دهد كه قارچ‌ها 46.75، باكتري‌ها 40.3 و اكتينوميست‌ها 12.99 درصد كلPSM فعال را در خاك‌هاي‌ريزوسفري بخود اختصاص داده‌اند. با توجه به مصرف سالانه نزديك به يك ميليون تن كود دي آمونيوم فسفات در ايران، بازده پايين كودهاي فسفاته در خاك‌هاي آهكي كشور و همچنين پيامدهاي حاصل از زياده روي در مصرف اين كودها (آلودگي آب‌هاي سطحي با ذرات خاكي غني از فسفر و يا كاهش عملكرد گياهان در نتيجه كم شدن جذب روي و آهن و يا تجميع بيش از حد بور، منگنز و يا موليبدون درگياهان) شايسته است كه در زمينه تامين فسفر مورد نياز گياهان از طريق كودهاي ميكروبي فسفاته توجهات بيشتري صورت گيرد. تحقيقات انجام شده بر روي گندم آبي در نقاط مختلف كشور بيانگر اقتصادي بودن توليد و استفاده از آنها بجاي كودهاي شيميايي فسفاته است.
باكتري‌هاي ريزوسفري مولد سيدروفور:
اين باكتري ها به عنوان ريزوباكتري‌هاي افزاينده رشد گياه توصيف مي‌شوند. اين گروه ازحاصلخيزكننده‌ها با توليد تركيب‌هاي آلي خاص كه قادر به تشكيل كلات با آهن فريك هستند مي‌توانند در كنترل مقدار آهن قابل جذب در ريزوسفر موثر باشند. اين باكتري‌ها بيشتر از جنس پسودوموناس بوده اما ليست انواع ديگر آنها در حال گسترش است. ثابت شده كه توليد و ترشح سيدروفورهايي مانند ريزوباكتينRhizobactine) ) مي‌تواند در شرايط كمبود آهن محيط، در قابليت جذب آن براي لگومينوزها موثر باشد. همچنين تحقيقات نشان مي‌دهد كه باكتري ريزوبيوم تريفولي در گره‌هاي ريشه شبدر علاوه بر تثبيت ازت خاك (گاهي تا Kg/ha 170 در سال) توانايي توليد سيدروفور داشته و تلقيح آنها به گياه ميزبان مي‌تواند به طور چشمگيري در قابليت جذب آهن خاك موثر باشد. به هر حال، اگر چه تلقيح گياهان با اين قبيل ريزوباكترها بيشتر در سطح برنامه‌هاي تحقيقاتي انجام شده، اما نتايج رضايت بخشي كه به‌همراه داشته امكان كاربرد وسيع آنرا اميدبخش جلوه مي‌دهد. گروه ديگر باكتري‌هاي ريزوسفري به عنوان عامل بيوكنترل مورد توجه قرار گرفته‌اند. به عنوان مثال برخي از سويه‌هاي ريزوبيوم مي‌توانند با توليدمتابوليت‌هاي سمي (ريزوبيوتوكسينRhizobiotoxine =) از ايجاد بيماري‌هاي ريشه توسط قارچ‌هايي مانند فيتوفتورا Phitophtora)) و ريزوكتونياRhizoctonia) ) جلوگيري كرده و در حفظ سلامت گياه موثر واقع شوند.
ميكروارگانيسم‌هاي تجزيه كننده سلولز:
اين گروه شامل انواعي از قارچ‌ها و باكتري‌ها و يا آنزيم‌هاي استخراج شده از آنها مي‌باشد كه براي تبديل سريعتر بازمانده‌هاي آلي و توليد كمپوست مورد استفاده قرار مي‌گيرند. البته از بعضي انواع كرم‌هاي خاكي نيز بمنظور توليد كمپوست استفاده مي‌شود كه بنام ورمي كمپوست خوانده مي‌شود. توليد كود آلي (كمپوست) بطريقه بيوتكنولوژي و از كليه منابع آلي از جمله زباله‌هاي خانگي، ضايعات كشاورزي (باگاس نيشكر، ضايعات پسته و چاي، كاه و كلش غلات، سبوس برنج و ...) و بازيافت (لجن) فاضلاب‌هاي شهري و خانگي و غيره‌صورت مي‌گيرد. در توليد كود آلي از اكتيواتورهاActivators) ) يا تخميركننده‌هاي آلي استفاده مي‌شود كه شامل قارچ‌هاي جنس تريكودرماTrichoderma spp) .) به عنوان عنصر تلقيح بر روي كمپوست و كود برگي است. گاهي از قارچ‌هاي هوميكولاHumicola) ) و آسپرژيلوسAspergillus sp.) ) نيز به عنوان اكتيواتور استفاده مي‌شود. اين قارچ‌ها مي‌توانند براحتي و به طور سريع عمل تخمير و تجزيه سلولز، همي سلولز و ليگنين را انجام داده و در توليد كمپوست بسيار مفيد باشند. يكي از بهترين روشهاي دفع زباله‌هاي شهري تبديل آن به كمپوست است كه اين علاوه بر كاهش مشكلات بهداشتي و زيست محيطي، نقش مهمي در توليد مواد آلي دارد. اگر كل جمعيت شهرنشين كشور حدود 30 ميليون نفر و سرانه توليد زباله 350 گرم در روز باشد مقدار زباله توليد شده بالغ بر 10 هزار تن در روز و3.6 ميليون تن در سال خواهد شد. بديهي است كه جمع‌آوري و دفع چنين مقداري از زباله علاوه بر هزينه زياد، مديريت و تداركات گسترده‌اي طلب مي‌كند. از آنجا كه حدود 70 درصد زباله‌هاي شهري‌قابل تبديل به كود آلي مرغوب مي‌باشد از اين طريق ساليانه حدود 2.5 ميليون تن كود كمپوست ساخته خواهد شد كه نقش قابل توجهي در باروري خاك‌ها و افزايش غلظت عناصر غذايي در خاك دارد. همچنين در جريان اين تبديل حدود 200 ميليون ليتر شيرابه زباله نيز توليد مي‌شود كه براي تقويت خاك و افزايش عملكرد گياهان به طور معني‌داري موثر است. با توجه به گسترش شگفت‌آور گياه Azolla filiculoides در آب‌هاي راكد استان گيلان، تحقيقاتي در زمينه تبديل اين ماده گياهي به كمپوست (تهيه كمپوست آزولا) نيز در حال انجام است. در اين طريق آزولا بصورت لايه لايه (لايه‌هاي 10 سانتي) درداخل چاله‌ها (يا جعبه‌ها) ريخته شده و بين لايه‌ها نيز مقداري كمپوست آماده آزولا (به ضخامت حدود 3 سانتي‌متر) اضافه مي‌شود. به مرور زمان آزولا تجزيه و وقتي كه دماي كمپوست در عمق 10 سانتي‌متري با دماي محيط برابر شود پايان آزمايش و تهيه توده رنگي از ماده گياهي است. تهيه كمپوست از ضايعات كشاورزي نيز حائز اهميت است و نقش مهمي در تهيه مواد غذايي خاك دارد. به عنوان مثال اگر مقدار كلش برنج به طور متوسط حدود 5 تن در هكتار باشد با كمپوست كردن آن حدود 30 كيلوگرم ازت، 5 كيلوگرم فسفر خالص، 5 كيلوگرم گوگرد، 75 كيلوگرم پتاسيم خالص و 250 كيلوگرم سيليس در هكتار بخاك برمي‌گردد. با توجه به نقش ارزنده مواد آلي در بهبود خصوصيات فيزيكوشيميايي و حاصلخيزي خاك، ضرورت دارد در راستاي كشاورزي پايدار نسبت به تامين سطح معقول اين مواد در خاك جهت دستيابي به عملكرد بالقوه اقدام شود. از آنجا كه مقدار مواد آلي در بيش از 60 درصد خاك‌هاي زير كشت كشور كمتر از يك درصد و در بخش قابل توجهي از آنها كمتر از 0.5 درصد است لازم است درخصوص تهيه و ساخت انواع كودهاي آلي (كمپوست) در ايران اقدام شود.
