books vital applications

الزراعة

يمكن للمخلوقات الحية الدقيقة في التربة أن تجعل المواد الغذائية من معادن مهمه للنبات متاحة في التربة وايضا قد تساهم هذه المخلوقات الدقيقة في إنتاج الهرمونات المحفزة للنمو وتحفز ايضاً الجهاز المناعي للنبات وقد تثير أو تضعف استجابات النبات الإجهاد بفعل الجفاف أو الرطوبة. بشكل عام، ينتج عن النمو الحيوي للأحياء الدقيقة في التربة تنوعًا نباتيا أكبر مع التقليل من الأمراض النباتية وزيادة المحصول.

يمكن أن تدمر الزراعة الـ rhiziobiome في التربة وهو النظام البيئي الحيوي للأحياء الدقيقة في التربة، باستخدام محسنات التربة مثل الأسمدة والمبيدات الحشرية دون التعويض عن آثارها السلبية الضارة للنظام البيئي الحيوي في التربة. على النقيض من ذلك، يمكن للتربة السليمة أن تزيد من الخصوبة بطرق متعددة بما في ذلك توفير المواد الغذائية مثل النيتروجين والحماية من الآفات والأمراض مع تقليل الحاجة إلى الماء والمدخلات الأخرى. قد يساعد هذا النظام البيئي التكافلي احياناً للزراعة في التربة التي لم تكن تعتبر قابلة للحياة.

تعيش مجموعة البكتيريا المعروفة باسم ريزوبيا داخل جذور البقوليات وتقوم بتثبيت النيتروجين الجوي إلى مركبات مفيدة للنبات.

الجذريات الفطرية (Mycorrhizae) أو تسمى بـ الفطر الجذري والتي تشكل جذور أو خيوط رقيقة والتي تصل إلى حد بعيد في التربة يمكن وصفها بأنها امتدادا لجذور النباتات التي تعيش فيه أو معه، هذا النوع من العلاقة التكافلية تسهل امتصاص المياه للنبات بالإضافة إلى امتصاص مجموعة واسعة من المواد الغذائية في التربة.

يتم إطلاق ما يصل إلى 30٪ من الكربون المثبت من قبل النبات من الجذور ويطلق على هذه النواتج افرازات حيث يتضمن هذا الإفراز السكريات والأحماض الأمينية والفلافونويدات والأحماض الأليفاتية والأحماض الدهنية ، التي قد تجذب وتغذي الأنواع الميكروبية المفيدة مع توفير الحماية من الأنواع الضارة.

النشاط التجاري

تقريباً كل المخلوقات الدقيقة التي تم اكتشافها عبارة عن مبيدات حيوية طبيعية، حيث تنتج حوالي مليار دولار سنويًا، أي أقل من 1٪ من سوق التعديل الكيميائي والتي تقدر بنحو 110 مليارات الدولارات. لفترة من الزمن قد تم تسويق بعض أنواع الميكروبات مثل الترايكوديرما (Trichoderma) وهي الفطريات التي تثبط نمو غيرها من الفطريات المسببة للأمراض، والسامة أو مثل Bacillus thuringiensis وهي قد تكون القاتلة للميكروبات الاخرى. أيضا يعد الـ Serenade وهو مبيد حيوي يحتوي على البكتيريا العصوية هذا النوع عبارة عن سلالة بكتيرية لها خصائص مضادة للفطريات والبكتيريا وبالإضافة إلى انها تعزز نمو النبات، يستخدم على هيئة سائل على النباتات وعلى التربة لمحاربة مجموعة من مسببات الأمراض، وهذا النوع له قبول شديد في كل من الزراعة التقليدية والعضوية.

بدأت معظم الشركات الاسمدة الزراعية الكيميائية مثل باير(Bayer) الاستثمار في التقنية الحيوية، حيث في عام 2012 م اشترت Bayer شركة AgraQuest وهي المتخصصة في الأبحاث التقنية الحيوية بمقابل 425 مليون دولار، لتمول ميزانية الأبحاث السنوية البالغة 10 ملايين يورو هذه الأبحاث تتضمن اختبارات ميدانية لعشرات الفطريات والبكتيريا المكتشفة حديثاً كبديل للمبيدات الكيميائية أو تستخدم كمنشطات حيوية تعزيز صحة المحاصيل الزراعية ونموها وكثافتها. أقامت شركة Novozymes وهي شركة لتطوير الأسمدة ومبيدات الآفات الأحياء الدقيقة اتفاقية مع شركة مونسانتو لاستثمارالـ Monsanto في المخصبات الحيوية التي تحتوي على فطر التربة   <i></i>Penicillium bilaiae وbioinsecticide التي تحتوي على فطر  Metarhizium anisopliae. في عام 2014 م استحوذت شركتي Syngenta وBASF على شركات تقوم بتطوير منتجات حيوية، كما فعلت دوبونت في عام 2015 م ذلك ايضاً.

أظهرت دراسة أجريت عام 2007 م أن العلاقات التكافلية المعقدة مع الفطريات والفيروسات يجعل من الممكن للعشب المسمى   Dichanthelium lanuginosum   للازدهار في التربة ذات الحرارة الأرضية العالية في Yellowstone National Park حيث تصل درجات الحرارة إلى 60 °م (140 °ف) ، ولقد تم طرحها في سوق الولايات المتحدة في عام 2014 م لزراعة الذرة والأرز حيث تمكن النبات من التكيف من ضغط الحرارة العالية.

في كل من الولايات المتحدة وأوروبا يتوجب على الشركات المصنعة للاسمدة الحيوية تزويد السلطات بأدلة وأبحاث علمية توضح أن المنتج آمن ككل وليس فقط السلالات من الأحياء الدقيقة المستخدمة فيه، مما أدى بالعديد من الشركات الحالية إلى اعادة تسمية بعض الاسمدة الزراعية إلى "المنشطات الحيوية" بدلاً من " المبيدات الحيوية ".

الأحياء الدقيقة الضارة

هنالك نوع من الفطريات وحيدة الخلية مثل الفطر المسبب لـ افات البطاطس وغيرها من أمراض المحاصيل المعروفة بـ Phytophthora infestans في حدوث المجاعات على مر التاريخ، ايضاً هنالك أنواع أخرى من الفطريات والبكتيريا تسبب تسوس الجذور والأوراق في النباتات.

غالبًا ما فشلت العديد من التجارب المجراة على السلالات التي بدت واعدة في المختبر في إثبات فعاليتها في هذا المجال حيث ان التربة والمناخ وتأثيرات النظام البيئي لها دور في نجاح هذه العلاقات التكافلية مع النبات، مما دفع العديد من الشركات إلى تخطي مرحلة التجارب المعملية واعتماد الاختبارات الميدانية.

الانقراض

يمكن أن تتناقص أو تنقرض الأنواع المفيدة من الأحياء الدقيقة بمرور الوقت، يعد Serenade محفزاً لكثافة نمو بكتيريا الـ Bacillus subtilis في التربة ولكن قد ينخفض مستوى النمو احياناً لأن هذا النوع من البكتيريا يفتقر إلى قدرة الدفاع والتكيف مع التغيرات البيئية، لكنه يستخدم كإحدى طرق التحفيز في السلالات التكافلية.

الاسمدة الكيماوية من سلبياتها انها تستنفذ المواد العضوية في التربة بالإضافة إلى المعادن الثقيلة، وقد تزيد الاسمدة من ملوحة التربة وتعزز الكلور فيها، أيضا قد تحول البكتيريا التكافلية المفيدة للنبات إلى ضارة.

مشروع الطيار

في أوروبا تم تجربة المحراث الطائر لتقليل من تقليب أو تحريك التربة وتلوثها، حيث قاموا بزراعة الشوفان والبيقية والتي تجذب البكتيريا المثبتة للنيتروجين وقاموا بزراعة أشجار الزيتون الصغيرة حولها لتعزيز التنوع الميكروبي في الحقل، وتم تقسيم حقل الـ 100 هكتار إلى ثلاث مناطق: واحدة تعالج بالأسمدة الكيماوية وأخرى بالمبيدات الحشرية والباقي بكميات مختلفة من المخصبات الحيوية العضوية والتي تتكون من بقايا العنب المخمرة ومجموعة متنوعة من البكتيريا والفطريات، جنبا إلى جنب مع أربعة أنواع من جراثيم الميكوريزا.

وصلت المحاصيل التي حصلت على معظم الأسمدة العضوية إلى ما يقرب من ضعف ارتفاع تلك الموجودة في المنطقة أ المعالجة بالاسمدة الكيماوية، وكان طولها واحد بوصة أعلى من المنطقة ج المعالجة بالمبيدات الحشرية، هذة النتائج متساوية تقريباً في كلا المنطقتين، في حين أن محصول التقنية التقليدية كانت ضئيلة جداً، استطاعات الميكوريزا شق الصخور عن طريق إفراز الأحماض المحللة لها مما سمح لجذور النباتات بالوصول إلى حوالي 2 متر في التربة الصخرية إلى المياه الجوفية.

• نيكولاي ألكسندروفيتش كراسيلنيكوف (1896-1973) ، الروسي
• جوليان كوينتين ليند (1922-2017) ، أمريكا