Biologiese stikstofbinding
Verhoogde peulgewasproduktiwiteit deur innoverende simbiotiese landboutegnologie
(MBFi)

Nici De Beer

Deur Alicia Geyer, SB Coetzee
en Lukas Potgieter
MBFi

Stikstof – alles behalwe leweloos

Die element stikstof is deur die Franse skeikundige, Antoine Lavoisie, “azote” genoem wat “sonder lewe” beteken. Die teendeel is egter bewys dat alles met lewe wel die element bevat. Gewasproduktiwiteit word aansienlik beïnvloed deur die beskikbaarheid van stikstof vir die plant.

Stikstof is ’n belangrike makronutriënt, wat ’n belangrike rol speel in die groei en ontwikkeling van plante. Alle noodsaaklike prosesse in die plant word geassosieer met proteïene en ensieme, waarvan stikstof ’n hoofbousteen is.

Stikstofagtige kunsmisproduksie en oorbenutting het ’n groot ekonomiese en omgewingskoste vanweë die energie-intensiewe produksieproses, die invloed op die lug- en watergehalte, grond- en waterversuring en klimaatsverandering. Daar is beduidende potensiële winste om ons afhanklikheid van stikstofbemesting in die landbou te verminder.

Biologiese stikstofbinding – omgewingsvriendelike oplossing om stikstoftekorte aan te spreek en gewasproduksie te verhoog

Klem word gelê op omgewingsvolhoubare landbou, wat die aandag vestig op die gebruik van hernubare hulpbronne en dus stikstof wat verkry word uit ’n proses genaamd biologiese stikstofbinding (BSB). BSB is die enigste natuurlike proses om atmosferiese stikstof in
’n biologies-bruikbare vorm om te skakel.

Die vermoë van peulgewas om atmosferiese stikstof te fikseer, is afkomstig van die simbiotiese (wat beteken “saamwoon”) verwantskap wat dit vorm met gespesialiseerde grondgedraagde bakterieë, genaamd rhizobia. Hierdie simbiotiese interaksie is baie gasheerspesifiek deur dat elke rhizobium-stam slegs met ’n beperkte aantal gasheerplante soorte kan assosieer.

Hierdie proses vereis die vervaardiging van spesifieke kommunikasie sein-molekules deur beide die bakterieë en die plant en kulmineer in die vorming van ’n hoogs gespesialiseerde plantwortelstruktuur wat ’n wortelnodule genoem word.

Figuur 1: Die effek van simbiotiese stikstofbinding tussen rhizobium en soja.
a)  Bogrondse visuele verskil in die groei van soja, die onbehandelde kontrole is geel en is belemmer in vergelyking met behandelde soja.

  1. b) Die ondergrondse verskil tussen behandelde en onbehandelde soja, let op na die verskil in aantal en groottes van die nodules op die hoof- en sywortels.

 Figuur 2: Die verskil tussen tegnologies gevorderde inokulant teenoor lae gehalte inokulant.

  1. a) Wys suboptimale nodulering op die sywortels van lae gehalte inokulant.
  2. b) Wys uitstekende nodulering op die hoof- en sywortels van ’n tegnologies gevorderde inokulant bevattend seins-genererings en membraan-beskermingstegnologie.

Hierdie nodule skep ’n habitat vir die stikstofbindende bakterieë om atmosferiese stikstof in ammoniak om te skakel en in ruil daarvoor bied die plant die bakterieë koolhidrate en beskerming. Onder gunstige toestande en beperkte grondstikstof kan hierdie interaksie lei tot honderde nodules op die wortelstelsel, wat die gasheerpeulgewas van genoeg stikstof voorsien om die lewensiklus te voltooi.

Om goeie stikstofbinding te verseker, is dit nodig om die peulgewas met die regte bakteriestam te ent voordat die saad geplant word. Rhizobium-entstowwe staar egter verskeie hindernisse in die gesig wat hul effektiwiteit drasties kan beïnvloed.

Faktore wat die effektiwiteit van rhizobium entstowwe beïnvloed

Rhizobium-oorlewing op saad word beïnvloed deur uitdroging, giftige saadhuidfaktore, swak vashegting en hoë saadopbergingstemperature. Sodra dit in die grond geïnkorporeer is, het toestande soos grond pH, temperatuur en soutgehalte ’n groot invloed op die oorlewing van rhizobium.

Om die volle potensiaal van bakteriese entstowwe te bereik, moet die produk 1) die korrekte rhizobium stam bevat, 2) vry wees van ongewensde mikrobiese kontaminasie, 3) ’n lang rakleeftyd hê, 4) ’n hoë konsentrasie bakterieë bevat, 5) toepaslik verpak en gestoor word en 6) die vermoë hê om onder ongunstige omstandighede te oorleef.

Biotegnologies gevorderde reeks entstowwe – betroubare resultate in ’n veranderende omgewing

MBFi het ’n reeks bakteriese entstowwe ontwikkel wat die produsent buigsaamheid en gemoedsrus bied wanneer daar onder verskillende omgewingstoestande geplant word. Verskeie tegnologieë is in hierdie produkreeks opgeneem, wat die produsent robuuste produkte bied, wat ’n hoë konsentrasie lewensvatbare bakterieë aan elke saad lewer en maksimum doeltreffendheid verseker.

Hierdie tegnologieë voorkom dat die bakterieë deur ongunstige omgewingstoestande geaffekteer word om uitmuntende prestasie vir die boer te lewer. Hierdie tegnologieë sluit in:

  • OSMO-beskermingstegnologie:
    Die insluiting van OSMO-beskermingsmiddels stel die bakterieë in staat om langer op die saadoppervlak te oorleef en lei tot beter aanpassing in verskillende landbou-omgewings sodra dit in die grond geïnkorporeer is. Dit is as gevolg van die hoër verdraagsaamheid van die selle teen ongunstige toestande soos water en chemiese spanning, dat die bakterieë beter oorleef. ’n Hoër oorlewingsyfer verseker maksimum stikstofbinding, wat die oesopbrengs en saadproteïeninhoud verbeter.
  • Sein-genereringstegnologie:
    Hierdie tegnologie maak voorsiening vir verhoogde generering van molekulêre kommunikasieseine tussen die bakterieë en peulgewas, wat lei tot ’n vinnige aanvang van kommunikasie tussen rhizobia en die peulgewas. Dit beteken minder tyd om nodules te vorm asook minder tyd wat in die harde grondomgewing spandeer word.Biologiese stikstofbinding word nie net gemaksimaliseer nie, maar die weerstand van plante teen siektes word verbeter, die verdraagsaamheid van die gewas teen stresvolle toestande word verhoog en saadontkieming en plantontwikkeling word gestimuleer.
  • Mikrobiese membraanbeskermings-tegnologie (MMP):
    Professionele saadinenting deur kommersiële saadbedekkers bied produsente ’n gerieflike bruikbare produk. Die grootste probleem wat die saadbedekkingsbedryf in die gesig staar, is egter die swak oorlewing van die entstof op die saad. Met MMP-tegnologie kan sade tot 60 dae voor saai behandel word, selfs wanneer dit in kombinasie met tradisionele chemiese swamdoders en insekdoders gebruik word. Hierdie tegnologie stel die saadbedryf in staat om die produsent gerus te stel om saad van hoë gehalte te saai.
  •  O2-verpakking:
    Alle MBFi-entstowwe word in O2-verpakking geplaas om te verseker dat die rhizobia metabolies aktief bly gedurende die bergingstydperk van die produk. Afvalgasse soos koolstofdioksied kan vrygestel word uit die verpakking uit en suurstof wat benodig word vir asemhalings-
    doeleindes kan die verpakking binnedring en deur die aktiewe rhizobia gebruik word vir metaboliese aktiwiteite.

Al hierdie afsonderlike tegnologiese vorderings speel ’n groot rol in die beskerming van die rhizobia gedurende die verpakking, berging en oorlewing wat lei tot verbeterde nodulasie en uiteindelik verhoogde effektiwiteit en opbrengste vir die boer.