Η ώθηση της χρήσης και της διάδοσης αυτών των πολύτιμων συμμάχων είναι η ικανότητά τους να βελτιώνουν τη διατροφική απόδοση και την ανθεκτικότητα των καλλιεργειών στο στρες. Ποια είναι όμως τα πιο διαδεδομένα;

Η γεωργία καλείται να αντιμετωπίσει τη μεγάλη πρόκληση της σίτισης ενός ταχέως αναπτυσσόμενου παγκόσμιου πληθυσμού, ο οποίος εκτιμάται ότι θα φτάσει τα 9,7 δισεκατομμύρια το 2050, σε ένα πλαίσιο στο οποίο η πλειονότητα της χρήσιμης γης είναι ήδη καλλιεργημένη και η περαιτέρω αύξηση της χρησιμοποιούμενης επιφάνειας θα οδηγήσει σε νέα αποψίλωση των δασών και σοβαρή περιβαλλοντική ζημιά. Στη συνέχεια, υπάρχουν τα ολοένα και πιο πιεστικά ζητήματα της βιωσιμότητας και της κλιματικής αλλαγής. Σύμφωνα με τον FAO, για να εκπληρώσει το επαγγελματικό καθήκον της σίτισης του παγκόσμιου πληθυσμού του 2050, η γεωργία θα πρέπει να παράγει 60-70% περισσότερα με λιγότερα διαθέσιμα προϊόντα, προστατεύοντας τους περιβαλλοντικούς πόρους και τη βιοποικιλότητα. Εκτός από την αύξηση των αποδόσεων, ωστόσο, θα είναι απαραίτητο να διασφαλιστεί η ποιότητα των προϊόντων και η υγεία των καταναλωτών. Υπό αυτή την προοπτική, η μείωση της ορυκτής διατροφής και η αύξηση της αποδοτικότητας χρήσης θρεπτικών ουσιών από τις καλλιέργειες, ακόμη και σε μη βέλτιστες εδαφικές και κλιματικές συνθήκες, αποτελούν βασική πρόκληση. Τα βιοδιεγερτικά είναι προϊόντα που βασίζονται σε ουσίες ή/και μικροοργανισμούς που προάγουν την ανάπτυξη και την ανάπτυξη των φυτών διεγείροντας φυσικές διεργασίες και ενδογενείς μηχανισμούς, από τη βλάστηση των σπόρων μέχρι τη συγκομιδή. Αυτά τα προϊόντα βελτιώνουν την απορρόφηση των θρεπτικών συστατικών και την αποδοτικότητα χρήσης, την ανοχή σε βιοτικές και αβιοτικές καταπονήσεις και την ποιότητα του προϊόντος. Ειδικότερα, οι βιοδιεγέρτες θεωρούνται μια πολλά υποσχόμενη λύση για τη μείωση της χρήσης λιπασμάτων, δρώντας συνεργικά σε τρία μέτωπα: βελτιώνουν τη βιοδιαθεσιμότητα των θρεπτικών συστατικών στο έδαφος, διεγείρουν την ανάπτυξη των ριζών και την απορρόφηση νερού και θρεπτικών ουσιών και προάγουν την ενζυματική δραστηριότητα που συνδέεται με την αφομοίωση των θρεπτικών ουσιών.

Βιοδιεγερτικά: ιστορία και ανάπτυξη 

Ο όρος «βιοδιεγέρτης» χρονολογείται από το 1997, όταν οι Zhang και Schmidt του Τμήματος Περιβαλλοντικών Επιστημών Καλλιέργειας και Εδάφους στο Πολυτεχνικό Ινστιτούτο της Βιρτζίνια και το State University τον χρησιμοποίησαν για να περιγράψουν ουσίες όπως χουμικά οξέα και εκχυλίσματα φυκιών που θα μπορούσαν να προάγουν την ανάπτυξη των φυτών σε χαμηλές δόσεις. Το 2007, οι Kauffman et al. επανέλαβαν την ιδέα, υπογραμμίζοντας την ικανότητα των βιοδιεγερτικών να προάγουν την ανάπτυξη των καλλιεργειών σε χαμηλές συγκεντρώσεις και να τα διαφοροποιούν από τα λιπάσματα. Αρχικά, τα βιοδιεγερτικά ταξινομήθηκαν σε χουμικά οξέα , προϊόντα που περιέχουν ορμόνες (π.χ. εκχυλίσματα φυκιών) και ενώσεις με βάση τα αμινοξέα.

Με την ίδρυση του Ευρωπαϊκού Συμβουλίου Βιομηχανίας Βιοδιεγερτών (EBIC) το 2011, ξεκίνησε μια διαδικασία ταξινόμησης βασισμένη σε αναλυτικές μεθόδους, με στόχο τη νομοθετική αναγνώριση αυτής της νέας κατηγορίας προϊόντων. Το 2012, ο Du Jardin πρότεινε έναν πρώτο ορισμό του βιοδιεγέρτη: «Ουσίες και υλικά, εκτός από θρεπτικά συστατικά και φυτοφάρμακα, τα οποία, όταν εφαρμόζονται σε φυτά, σπόρους ή υποστρώματα ανάπτυξης σε συγκεκριμένα σκευάσματα, τροποποιούν τις φυσιολογικές διεργασίες των φυτών βελτιώνοντας την ανάπτυξη, την ανάπτυξη και/ή την απόκριση στο στρες». Αυτός ο ορισμός οδήγησε στην πρώτη ευρωπαϊκή ταξινόμηση βιοδιεγερτικών, η οποία περιελάμβανε:

• χουμικές ουσίες.
• σύνθετα οργανικά υλικά.
• ωφέλιμα χημικά στοιχεία.
• ανόργανα άλατα (συμπεριλαμβανομένων των φωσφορικών αλάτων).
• εκχυλίσματα φυκιών.
• χιτίνη και παράγωγα χιτοζάνης.
• αντιιδρωτικά.
• αμινοξέα και άλλες αζωτούχες ενώσεις.

Κανονισμοί και πρότυπα για βιοδιεγέρτες

Το 2013, το EBIC διατύπωσε έναν πληρέστερο και εξαντλητικό ορισμό: «Οι βιοδιεγέρτες είναι ουσίες ή/και μικροοργανισμοί που, όταν εφαρμόζονται στο φυτό ή στη ριζόσφαιρα, διεγείρουν τις φυσικές διεργασίες βελτιώνοντας την αποτελεσματικότητα της απορρόφησης και αφομοίωσης των θρεπτικών ουσιών, την ανοχή στις αβιοτικές καταπονήσεις και την ποιότητα του προϊόντος. Τα βιοδιεγερτικά δεν έχουν άμεσες επιδράσεις στα παράσιτα και τα παθογόνα και επομένως δεν εμπίπτουν στην κατηγορία των φυτοφαρμάκων» .

Στην Ιταλία η έννοια του βιοδιεγέρτη εισήχθη με το Νομοθετικό Διάταγμα 75/2010 (τροποποιήθηκε το 2013) στην ενότητα «Προϊόντα με ειδική δράση στο φυτό – Βιοδιεγέρτες». Αυτός ο κανονισμός αναγνώριζε την ικανότητα αυτών των ουσιών όχι μόνο να προάγουν και να ρυθμίζουν την απορρόφηση των θρεπτικών συστατικών, αλλά και να διορθώνουν φυσιολογικές ανωμαλίες.

Ο κανονισμός (ΕΕ) 2019/1009, που δημοσιεύθηκε στις 25 Ιουνίου 2019 , εναρμόνισε σε ευρωπαϊκό επίπεδο τους κανόνες για τη διάθεση στην αγορά (προμήθεια προϊόντος λίπανσης της ΕΕ για διανομή ή χρήση στην αγορά της Ένωσης στο πλαίσιο εμπορικής δραστηριότητας, είτε έναντι πληρωμής είτε δωρεάν) βιοδιεγερτικών, εμπνευσμένων από την αρχή της κυκλικής οικονομίας. Ο κανονισμός ορίζει ένα φυτικό βιοδιεγερτικό ως προϊόν λίπανσης της ΕΕ με τη λειτουργία της διέγερσης των διατροφικών διεργασιών των φυτών ανεξάρτητα από την περιεκτικότητα του προϊόντος σε θρεπτικά συστατικά, με μοναδικό στόχο τη βελτίωση ενός ή περισσοτέρων από τα ακόλουθα χαρακτηριστικά των φυτών ή της ριζόσφαιράς τους:

1. αποδοτικότητα χρήσης θρεπτικών ουσιών (απορρόφηση ή/και χρήση διαθέσιμων θρεπτικών ουσιών στο έδαφος) ;
2. ανοχή αβιοτικού στρες (ανοχή σε δυσμενείς περιβαλλοντικές συνθήκες όπως ακραίες θερμοκρασίες, ανεπάρκεια νερού ή περίσσεια νερού) .
3. ποιοτικά χαρακτηριστικά (ποιότητες προϊόντος όπως γεύση, χρώμα και διάρκεια ζωής) .
4. διαθεσιμότητα θρεπτικών ουσιών που περιέχονται στο έδαφος ή στη ριζόσφαιρα (αύξηση των θρεπτικών συστατικών που είναι διαθέσιμα στα φυτά)

Οι κατηγορίες βιοδιεγερτικών

Σύμφωνα με τον κανονισμό της ΕΕ, τα βιοδιεγερτικά ταξινομούνται σε δύο κύριες κατηγορίες:

• μικροβιακά βιοδιεγερτικά : που αποτελούνται από μικροοργανισμούς ή κοινοπραξίες μικροοργανισμών, περιλαμβάνουν μυκόρριζους μυκόρριζους μύκητες και βακτήρια που προάγουν την ανάπτυξη των φυτών. 
• μη μικροβιακά βιοδιεγερτικά : αυτά περιλαμβάνουν χουμικές ουσίες, εκχυλίσματα φυκιών, φυτικά εκχυλίσματα, υδρολύματα πρωτεϊνών και αμινοξέα.

Ο τομέας των βιοδιεγερτικών αντιπροσωπεύει έναν τομέα σε συνεχή επιστημονική και τεχνολογική εξέλιξη. Μεταξύ των πιο διαδεδομένων και χρησιμοποιούμενων βιοδιεγερτικών στη γεωργία, ξεχωρίζουν τα εκχυλίσματα φυκιών . Αν και υπάρχουν χιλιάδες είδη φυκιών, μόνο λίγα χρησιμοποιούνται για την παραγωγή βιοδιεγερτικών , κυρίως Ascophyllum nodosum (L.) Le Jolis, Ecklonia maxima (Osbeck) Papenfuss και Laminaria digitata (Hudson) J.V. Lamouroux (Εικόνα 1) .

Εικόνα 1. Κύρια είδη φυκών για παραγωγή βιοδιεγέρτη.

Η διαδικασία παραγωγής των εκχυλισμάτων φυκιών περιλαμβάνει τη συγκομιδή (χειροκίνητη ή μηχανική), το πλύσιμο, την κοπή και την εκχύλιση μέσω ψυχρής ή ελεγχόμενης θερμοκρασίας υδρόλυσης, με ή χωρίς τη χρήση διαλυτών. Η συγκέντρωση και ο τύπος των δραστικών ουσιών που υπάρχουν στα εκχυλίσματα φυκιών εξαρτώνται από διάφορους παράγοντες, συμπεριλαμβανομένων των ειδών φυκιών, της φάσης ανάπτυξης, της περιόδου συγκομιδής και της διαδικασίας παραγωγής . Το τελευταίο επηρεάζει ιδιαίτερα το περιεχόμενο των ρυθμιστών ανάπτυξης. Ως εκ τούτου, υπάρχει σημαντική διακύμανση μεταξύ βιοδιεγερτικών που προέρχονται από διαφορετικά είδη φυκών ή λαμβάνονται με διαφορετικές μεθόδους εκχύλισης. Τα εκχυλίσματα φυκιών λειτουργούν ως βιοδιεγερτικά βελτιώνοντας την ταχύτητα βλάστησης, τη βλαστική ανάπτυξη, την ανάπτυξη των ριζών, την καρπόδεση, την παραγωγή, την ποιότητα του προϊόντος, την ανοχή στο περιβαλλοντικό στρες και την απορρόφηση μακροθρεπτικών και μικροθρεπτικών συστατικών. Αυτές οι επιδράσεις στη βιβλιογραφία αποδίδονται στην παρουσία πολυφαινολών, πολυσακχαριτών και φυτοορμονών (αυξίνες και κυτοκίνες). 

Βιοδιεγερτικά με βάση χουμικές ουσίες και υδρολύματα πρωτεϊνών

Μια άλλη σημαντική κατηγορία βιοδιεγερτικών αντιπροσωπεύεται από χουμικές ουσίες, ιδιαίτερα χουμικά οξέα . Πρόκειται για πολύπλοκα οργανικά μακρομόρια που σχηματίζονται μετά από μικροβιακή αποσύνθεση οργανικών ουσιών (φυτικών ή ζωικών). Οι χουμικές ουσίες που χρησιμοποιούνται στα βιοδιεγερτικά προέρχονται κυρίως από απολιθώματα χούμου ή κομπόστ και εξάγονται με χρήση αλκαλίων και διαχωρίζονται με οξίνιση. Οι χουμικές ουσίες διεγείρουν την ανάπτυξη των φυτών προάγοντας τη ριζογένεση, τη δραστηριότητα των μεταφορέων της ρίζας για την απορρόφηση του νιτρικού αζώτου και τη δραστηριότητα των ενζύμων που εμπλέκονται στην αφομοίωσή του. Επιπλέον, βελτιώνουν έμμεσα τη γονιμότητα του εδάφους.

Υδρολύματα πρωτεϊνών , μείγματα αμινοξέων και διαλυτών πεπτιδίων , αποτελούν μια περαιτέρω κατηγορία βιοδιεγερτικών. Η σύνθεση και οι ιδιότητες αμινοξέων του τελικού προϊόντος προσδιορίζονται από τις πηγές πρωτεΐνης από τις οποίες προέρχονται, οι οποίες μπορεί να είναι ζωικής προέλευσης (π.χ. υπολείμματα επεξεργασίας δέρματος, κολλαγόνο, αλιευτική βιομηχανία) ή φυτικής προέλευσης (π.χ. βιομάζα οσπρίων). Επί του παρόντος, η ευρωπαϊκή αγορά πρωτεϊνικών υδρολυμάτων κυριαρχείται από προϊόντα ζωικής προέλευσης (≈90%). Οι βιοδιεγερτικές ιδιότητες των πρωτεϊνικών υδρολυμάτων εκδηλώνονται στη βελτίωση της απορρόφησης και αφομοίωσης των θρεπτικών συστατικών , της ανοχής στο στρες και της ποιότητας του προϊόντος (Εικόνα 2) . 

Εικόνα 2. Μάρτυρας και επίδραση βιοδιεγέρτη σε καλλιέργεια μίνι καρπουζιού.

Μικροβιακά Βιοδιεγερτικά: PGPR και μυκόρριζοι μύκητες

Οι βιοδιεγέρτες που προάγουν την ανάπτυξη των μικροβίων (PGPM) χωρίζονται σε Ριζοβακτήρια που προάγουν την ανάπτυξη των φυτών (PGPR) και Arbuscular Mycorrhizal Fungi (AMF). Τα PGPR αντιπροσωπεύουν το μερίδιο των βακτηρίων που αποικίζουν τη ριζόσφαιρα. Ανάμεσα στα πιο μελετημένα γένη είναι τα Burkholderia , Bacillus , Pseudomonas , Serratia και Streptomyces και βακτήρια που δεσμεύουν το άζωτο ( Azorhizobium, Allorhizobium, Bradyrhizobium, Mezorhizobium, Rhizobium, Sinorhizobium, Azospirillum, Sinorhizobium. spirillum . Η ιδέα της χρήσης μικροβιακών βιοδιεγερτικών χρονολογείται αρκετές δεκαετίες, ξεκινώντας από μελέτες σε βακτήρια του γένους Azospirillum και την ικανότητά τους να παράγουν αυξίνες, διεγείροντας την ανάπτυξη των ριζών και βελτιώνοντας τη αζωτούχα διατροφή των δημητριακών. Αυτά τα βιοδιεγερτικά παίζουν βασικό ρόλο στην αλληλεπίδραση φυτού-εδάφους, συμβάλλοντας σε διαδικασίες όπως η δέσμευση αζώτου, η διαλυτοποίηση του φωσφόρου, η πρόσληψη θρεπτικών ουσιών και η απορρόφηση θρεπτικών ουσιών στο έδαφος. Βιοχημικές, μοριακές και φυσιολογικές μελέτες έχουν δείξει ότι αυτοί οι μικροοργανισμοί μπορούν να αυξήσουν την ανοχή των φυτών στο στρες προκαλώντας την ενεργοποίηση ενδογενών μηχανισμών απόκρισης σε αβιοτικές και βιοτικές καταπονήσεις. Οι μηχανισμοί δράσης και οι μεταβολικές οδοί που εμπλέκονται περιλαμβάνουν ορμονική ρύθμιση, εξισορρόπηση της κυτταρικής οξειδωτικής κατάστασης, βελτίωση της αποδοτικότητας χρήσης νερού (WUE), φωτοσυνθετική απόδοση και αποτελεσματικότητα χρήσης θρεπτικών ουσιών (NUE). 

Τα AMF σχηματίζουν συμβιωτικές συσχετίσεις ρίζας (μυκόρριζες) με τα φυτά που βελτιώνουν την πρόσληψη θρεπτικών συστατικών, την ανοχή σε αβιοτικές καταπονήσεις και την αντίσταση στα παθογόνα και τα έντομα. Χρησιμοποιούνται ευρέως στη γεωργία, τα πιο κοινά AMF περιλαμβάνουν το Rhizophagus intraradices και το Funneliformis mosseae (παλαιότερα ταξινομημένο στο γένος Glomus ). Η βιοδιεγερτική δράση του AMF συνδέεται κυρίως με τη βελτίωση της θρέψης των φυτών. Οι μυκόρριζες σχηματίζουν ένα δίκτυο εξωτερικών υφών που αυξάνει την απορροφητική επιφάνεια και τον όγκο του εδάφους που εξερευνούν οι ρίζες, αυξάνοντας έτσι την πρόσληψη θρεπτικών συστατικών (Εικόνα 3) 

Εικόνα 3. Μάρτυρας και επίδραση βιοδιεγέρτη σε κολοκυθάκι.

Μελλοντικές προοπτικές

Η βιοδιεγερτική δράση του PGPM έχει μελετηθεί τόσο μεμονωμένα όσο και σε μικροβιακές κοινοπραξίες ή σε συνδυασμό με οργανικές μήτρες. Παρά τις πολυάριθμες μελέτες που έχουν αποδείξει τα οφέλη των μικροβιακών βιοδιεγερτών, απαιτούνται περαιτέρω μελέτες για να καθοριστεί η αποτελεσματικότητά τους σε σχέση με τις καλλιέργειες, το έδαφος και τις κλιματικές συνθήκες . Επιστημονικές μελέτες υποδεικνύουν ότι οι μικροοργανισμοί που απομονώνονται από το μικροβίωμα του φυτού ξενιστή είναι πιο αποτελεσματικοί από τα μη ενδογενή εμβόλια. Επιπλέον, ο ανταγωνισμός μεταξύ της ενδογενούς μικροχλωρίδας και του εμβολιασμένου στελέχους μπορεί να περιορίσει τη βιοδιεγερτική του αποτελεσματικότητα. Ο χαρακτηρισμός των μικροοργανισμών που σχετίζονται με τα φυτά, χρησιμοποιώντας προηγμένες τεχνολογίες προσδιορισμού αλληλουχίας, επιτρέπει πλέον την επιλογή των πιο υποσχόμενων στελεχών. 

Πηγή

Επιμέλεια: Antonio Pannico και Stefania De Pascale – Τμήμα Γεωργίας του Πανεπιστημίου της Νάπολης Federico II
© fruitjournal.com