Bacillus Bakterileri Toprakta Ne İşe Yarar?

Bacillus nedir, toprakta nerede yaşar?

Bacillus, çubuk biçimli, Gram pozitif ve spor oluşturan bakterilerden oluşan bir cinstir. Toprakta en yaygın bakteri gruplarından biridir ve özellikle kök çevresinde, yani rizosferde yoğunlaşır. Rizosfer, kökün birkaç milimetre çevresindeki, kökten salgılanan şeker ve organik asitlerle beslenen ince toprak katmanıdır.

Kök bu salgılarla mikroorganizmaları kendine çeker. Bacillus türleri bu ortamda kök yüzeyine tutunur, çoğalır ve bitkiyle madde alışverişi yapar. Bu ilişkiden bitkinin büyümesini ve besin alımını etkileyen pek çok mekanizma doğar. Bu mekanizmalar çoğunlukla laboratuvar ve saksı denemelerinde, bir kısmı da tarlada incelenmiştir.

Bacillus cinsi geniştir ve tür adları son yıllarda değişmiştir. Genom temelli bir sınıflandırma çalışması, eski Bacillus türlerinin bir kısmını yeni cinslere taşımıştır; örneğin Bacillus megaterium bugün Priestia megaterium olarak adlandırılır [130]. Ürün etiketlerinde ve eski literatürde eski adlar hâlâ yaygındır.

Bacillus'un spor oluşturması neden önemlidir?

Besin azaldığında, toprak kuruduğunda ya da sıcaklık yükseldiğinde Bacillus hücresi içinde endospor oluşturur. Endospor; ısıya, kurumaya, morötesi ışığa, birçok kimyasala ve uzun süreli beklemeye son derece dayanıklıdır. Koşullar uygun hâle geldiğinde spor yeniden canlanır ve bakteri çoğalmaya başlar [126].

Bu özellik tarımda iki açıdan önemlidir. Birincisi, Bacillus yaz kuraklığı gibi zor dönemleri toprakta spor hâlinde atlatabilir. İkincisi, spor oluşturan bakterilerle hazırlanan ürünler, spor oluşturmayan bakterilere göre depolamaya daha dayanıklıdır. Pseudomonas gibi spor oluşturmayan bakterilerde bu avantaj yoktur.

Spor, bakterinin "uyku" hâlidir; bu hâldeyken çoğalmaz ve bitkiyle etkileşime girmez. Bitkiye katkı, spor yeniden aktif hücreye döndükten ve kök çevresinde çoğaldıktan sonra başlar. Bu yüzden uygulamanın kökün aktif olarak büyüdüğü, toprağın nemli olduğu dönemlere denk getirilmesi önemlidir. Kuru ve sıcak toprak yüzeyinde kalan sporlar canlı kalır, ama köke ulaşamadıkları sürece işlev göremez.

Bacillus bitki gelişimini hangi yollarla destekler?

Kök yüzeyinde biyofilm

Bacillus hücreleri kök yüzeyine yapıştıktan sonra salgıladıkları hücre dışı polimer madde (EPS) ile ince bir tabaka, yani biyofilm oluşturur [47]. Biyofilm, bakterinin kök üzerinde kalıcı olarak yerleşmesini sağlar. Kök büyüdükçe yeni kök uçlarının da kolonize edilmesi gerekir; bu nedenle uygulamanın kök bölgesine ulaşması önemlidir.

Büyüme düzenleyiciler: IAA ve gibberellin

Bazı Bacillus suşları bitki hormonlarına benzer maddeler üretir. FZB42 suşu triptofandan oksin (IAA) üretir; IAA üretimi azaltılan mutantlarda bitki gelişimine katkı da azalmıştır laboratuvar [129]. B. pumilus ve B. licheniformis suşlarının yüksek miktarda aktif gibberellin ürettiği gösterilmiştir [128]. B. megaterium ise yan kök sayısını, yan kök uzunluğunu ve kök tüyü uzunluğunu artırmıştır laboratuvar [127]. Daha geniş bir kök ağı, bitkinin su ve besine ulaşmasını kolaylaştırır.

Fosfor çözme

Kireçli topraklarda verilen fosforun önemli bir kısmı kalsiyumla bağlanır. Fosfat çözen bakteriler glukonik asit gibi organik asitler ve fosfataz enzimleri salgılayarak bu fosforun bir kısmını yeniden çözünür hâle getirir [117]. Bir meta-analizde Bacillus kullanılan çalışmaların %92'sinde fosfor alımı olumlu yönde etkilenmiştir; ancak fosfor alımındaki artış her zaman biyokütle artışına dönüşmemiştir meta-analiz [118].

Brezilya'da beş sezon süren tarla denemelerinde B. megaterium ve B. subtilis suşlarının birlikte uygulanması mısır verimini iki bölgede %24 ve %11 artırmıştır tarla [119]. Bu artışlar, hektara 100 kg P₂O₅ gübre verilmiş parsellerde ölçülmüştür. Yani bakteri gübrenin yerine geçmemiş, verilen gübreden daha iyi yararlanılmasına katkı sağlamıştır.

ACC deaminaz ve stres

Kuraklık, tuz veya aşırı ıslaklık gibi stres anlarında bitkide etilen yükselir ve kök büyümesi yavaşlar. ACC deaminaz enzimi taşıyan bakteriler etilenin öncülünü parçalayarak bu "stres etilenini" düşürür [69]. Bu enzim her Bacillus suşunda bulunmaz, suşa özgüdür. Tuz stresinde B. subtilis GB03 suşu, bitkide sodyum taşıyıcı geni dokuya özgü biçimde düzenleyerek daha az sodyum birikmesini sağlamıştır laboratuvar [79].

Bu mekanizmaların hepsi aynı suşta bulunmaz ve aynı anda çalışmaz. Bir suş güçlü bir oksin üreticisi olup fosfor çözmede zayıf kalabilir; bir başkası tam tersi olabilir. Farklı türlerin bir arada kullanıldığı ürünlerin mantığı, bu özellikleri birbirini tamamlayacak şekilde bir araya getirmektir. Karışık aşılamaların literatürde tek suşa göre daha büyük fayda gösterebildiği, ancak bu konuda çalışma sayısının az olduğu bildirilmiştir [70].

Kök bakterileri üzerine yapılan bir meta-analizde verim artışı normal sulamada ortalama %19, kuraklıkta %40 bulunmuştur meta-analiz [80]. Bu verilerin çoğu sera ve saksı denemelerinden gelir ve yalnızca Bacillus'a özgü değildir.

Beş önemli Bacillus türü literatürde hangi özellikleriyle öne çıkıyor?

Tarımda en çok incelenen beş tür aşağıdadır. Tablodaki özellikler, o türün belirli suşlarıyla yapılmış çalışmalardan gelir ve aynı türün her suşunda bulunduğu anlamına gelmez. Son sütun, bulgunun hangi deney düzeyinde elde edildiğini gösterir.

Tür, suş ve formülasyon arasındaki fark nedir?

Tür, bakterinin bilimsel adıdır (örneğin B. subtilis). Suş, o türün içinde genetik olarak ayırt edilebilen tek bir soydur ve genellikle bir kodla yazılır (örneğin GB03, FZB42). Aynı türün farklı suşları çok farklı davranabilir. ACC deaminaz gibi enzimler her suşta bulunmaz [69]. Bitkinin metal alımını azaltan ve artıran suşlar da aynı cins içinde yer alabilir [47] [75]. Örneğin bir B. megaterium suşu yaprak sebzelerde yenen kısımdaki kadmiyum ve kurşunu %41–80 azaltırken saksı [72], bir B. cereus suşu temizlik amaçlı yetiştirilen bitkinin sürgünündeki kromu 4 katına çıkarmıştır saksı [75]. Aynı cinsten iki suş, tam ters yönde sonuç vermiştir.

Formülasyon ise bakterinin ürün hâline getirilme biçimidir. Bakteri sayısı (KOB/mL veya KOB/g), sporların oranı, taşıyıcı sıvı veya toz, raf ömrü ve saklama koşulları formülasyonun parçalarıdır. Laboratuvarda başarılı bir suş, uygun formülasyonla hazırlanmazsa tarlada aynı sonucu vermeyebilir.

Tarla ile laboratuvar arasındaki fark da önemlidir. Aşılanan bakterinin toprağın yerli mikroplarıyla rekabeti ve köke yerleşebilmesi, sonucu belirleyen başlıca etkenlerdir [78]. Literatürde aşılama sonuçlarının koşula göre tutarsız olabildiği vurgulanır [68]. Bu yüzden bir ürünü değerlendirirken tür adının yanında suşa, bakteri sayısına ve tescil bilgisine bakmak gerekir.

Mikrobiyal gübre ile kirletici arıtım ürünü aynı şey mi?

Hayır. İkisi de Bacillus içerebilir, ama amaçları, kanıt düzeyleri ve yasal çerçeveleri farklıdır. Türkiye'de mikrobiyal gübre; bitki gelişimi için gerekli maddelerin sağlanmasında, besin maddelerinin yarayışlılığının artırılmasında ve/veya toprağın düzeltilmesinde rol oynayan canlı mikroorganizmaları içeren ürün olarak tanımlanır ve her ürün için tescil belgesi zorunludur [133]. Etiketin nasıl okunacağı ve uygulama yolları mikrobiyal gübre rehberinde anlatılıyor.

Kirletici arıtımı (biyoremediasyon) ise belirli bir kirleticiyi hedefleyen, o kirleticiye karşı seçilmiş suşlarla ve çoğu zaman mühendislik desteğiyle yürütülen bir saha işidir. Yukarıdaki tablonun "diğer araştırma alanları" sütunundaki sonuçlar belirli suşlarla, çoğunlukla laboratuvarda elde edilmiştir. Bu sonuçlar aynı tür adını taşıyan her ürüne genellenemez ve mikrobiyal gübrelerin tescil kapsamında yer almaz. Konunun ayrıntısı biyoremediasyon rehberinde.

Bacillus'tan tarlada nasıl yararlanılır?

Bacillus'un etkisi büyük ölçüde toprağın genel durumuna bağlıdır. Organik maddesi yeterli, havalanması iyi ve pH'ı aşırı olmayan toprakta bakterinin köke yerleşmesi daha kolaydır. Organik madde hedefleri için toprakta organik madde rehberine bakabilirsiniz.

Türkiye'nin kireçli topraklarında fosfor, demir ve çinko kolayca bağlanır [86]. Fosfat çözen bakterilerin katkısı en çok bu tür topraklarda konuşulur; ancak meta-analize göre etki, toprakta fosforun hiç olmadığı değil, orta düzeyde bulunduğu koşullarda en yüksektir [81]. Bakteri, var olan ama bağlanmış besinin bir kısmının bitkiye ulaşmasına yardımcı olur; toprakta olmayan besini yaratmaz.

• Kök bölgesine ulaştırın: Topraktan uygulamada ürünü damlama ya da can suyuyla kökün bulunduğu bölgeye verin.
• Gübre programıyla birlikte düşünün: Tarla denemelerindeki verim artışları, önerilen gübre verilmiş parsellerde ölçülmüştür [119].
• Toprağı hazırlayın: Su biriken, sıkışmış ya da çok tuzlu toprakta önce bu sorunlar giderilmelidir; neden belirlemek için verimsiz toprak rehberine bakabilirsiniz.
• Etiketi okuyun: Tescil numarası, tür adları, bakteri sayısı ve saklama koşulları etikette yazmalıdır.
• Sonucu ölçün: Uygulama yapılmayan bir karşılaştırma şeridi bırakıp kök gelişimini ve verimi karşılaştırın.

Sitede kullanılan çalışmaların listesi ve belge bilgileri bilimsel dayanak ve belgeler sayfasında yer alıyor.

Bu beş Bacillus türünü içeren, Bakanlık lisanslı bir mikrobiyal gübre olan Proverim kök gelişimini ve besin alımını destekler; etiket bilgileri ve uygulama dozları Proverim ürün sayfasında yer alıyor.