Biostimulanten in de landbouw:

Transcriptie

1 Biostimulanten in de landbouw: tools om de nutriëntenopname te bevorderen 24/11/2016 Studienamiddag: werkgroep Plantenvoeding Van de Putte Wouter Inleiding plant biostimulant means a product stimulating plant processes independently of the product's nutrient content with the sole aim of improving one or more of the following characteristics of the plant: (a) nutrient efficiency (b) tolerance to abiotic stress (c) crop quality traits 1 Calvo et al. Plant Soil du Jardin, 2015, Sci. Hortic. 196,

2 Inleiding Biostimulanten Proteïne hydrolysaten + N comp. Humuszuren & fulvozuren Zeewierextracten & plantextracten Chitosan & biopolymeren Anorganische Microbiële inoculanten Grote diversiteit Enkelvoudige vs. groep van Vb. glycine betaine vs. Hydrolysaten Samenstelling vaak niet 100% gekend Vb. zeewierextracten Vaak niet één biostimulant werking toe te schrijven Effecten vaak uitgesteld of niet direct meetbaar Inleiding Biostimulanten Proteïne hydrolysaten Humuszuren & fulvozuren Zeewierextracten & plantextracten Chitosan & biopolymeren Anorganische Microbiële inoculanten?? N P K 2

3 Inleiding cellulair mechanisme mode of action fysiologische functie functie op niveau gewas Nutriënt efficiëntie economische en milieu voordelen Gewasopbrengst, Verminderde input nutriënten 1 du Jardin, 2015, Sci. Hortic. 196, 3 14 Inleiding Biostimulant Cellulair mechanisme Fysiologische functie Indirect effect Nutriënt efficiëntie Abiotische stress Gewaskwaliteit Agrarisch niveau Economische en milieu voordelen 3

4 Inleiding Biostimulanten Proteïne hydrolysaten + N comp. Humuszuren & fulvozuren Zeewierextracten & plantextracten Chitosan & biopolymeren Anorganische Microbiële inoculanten?? N P K Humusbestanddelen Welke? natuurlijke van bodem organisch materiaal, afkomstig van de afbraak van plantaardig, dierlijk en microbiële residuen. Oorsprong? Extracten van natuurlijke materialen zoals turf, compost, vermicompost Extracten van minerale afzettingen: leonardiet (oxidatieproduct is van ligniet) humus achtige zoals lignosulfonaten (bijproduct papierindustrie) a ankelijk van oorsprong is chemische structuur verschillend! 4

5 Humusbestanddelen Klassieke indeling? Humuszuren Onoplosbaar in zuur milieu Oplosbaar in basisch milieu Hoog MW Fulvozuren Oplosbaar in zuur milieu & basisch milieu Laag MW Humins Niet oplosbaar Chemisch? supramoleculaire associaties van heterogene, hydrofobe welke intern polaire kleinere beschermen Humusbestanddelen Mode of action relevant voor nutriëntopname? Indirect effect Aggregaat stabiliteit Complexeren/chelateren van ionen (~ CEC) Interactie met Calcium fosfaat Afhankelijk van: Type HS Concentratie ph groeimedium Direct effect Stimuleert proton pump activity (H + ATPase ~ elektrochemische potentiaal over wortel) 1 Draagt bij tot cel groei Effect op N assimilatie²: beschikbaarheid van nitraat of directe regulatie? 1 Canellas et al Eur. J. Soil Sci Vaccaro et al Chem. Biol. Technol. Agric. 2,5 5

6 Humusbestanddelen Mode of action relevant voor nutriëntopname? Blanco HA (0.05g/100ml) HA (0.1g/100ml) HA (0.5g/100ml) HA (1g/100ml) HA (5g/100ml) Humusbestanddelen Cellulair mechanisme Direct/indirect regulering N assimilatie Stimulans H + ATPase Fysiologische functie Reductie nitraat gehalte / protein & AZ Toename wortelgroei / Wortel biomassa Agrarisch niveau Toename in efficiëntie Bereik wortelstelsel Toename nutriënten opname Indirect effect op beschikbaarheid nutriënten Economische en milieu voordelen Gewasopbrengst, Verminderde input nutriënten 6

7 Proteïne hydrolysaten + N Welke? Proteïne hydrolysaten: Aminozuren en peptides Individuele aminozuren: vb. glutamate & betaines Oorsprong? Plantmateriaal of dierlijke bijproducten Chemische hydrolyse of Enzymatische hydrolyse Opgezuiverde of gesynthetiseerde enkelvoudige Proteïne hydrolysaten + N Mode of action relevant voor nutriëntopname? Proteïne hydrolysaten / AZ Indirect effect Chelateren van ionen Stimuleren microbieel leven Direct effect Nutriënt mobiliteit in plant Reguleren N assimilatie 1 : NH 3 eiwitten, coenzymes, NO 3 enzymes, genen wortelgroei 1 : Toename wortelvertakkingen door signaalfunctie van glutamaat 1 Calvo et al. Plant Soil

8 Proteïne hydrolysaten + N Regulering N assimilatie Signaalfunctie glutamaat Cellulair mechanisme Reductie nitraat gehalte Toename wortelvertakkingen Fysiologische functie Bereik wortelstelsel Indirect effect op beschikbaarheid nutriënten Agrarisch niveau Toename in efficiëntie Toename nutriënten opname Economische en milieu voordelen Gewasopbrengst, Verminderde input nutriënten Zeewier extracten Welke? Polysacchariden (alginaat, carrageenan, ) Micro en macronutriënten Sterols Hormonen Oorsprong? Bruine algen ascophyllum, fucus & laminaria soorten Rode zeewieren > carrageenan 8

9 Zeewier extracten Mode of action relevant voor nutriëntopname? Zeewier extracten Indirect effect Fixatie en uitwisseling van cationen (polysacchariden) Micro nutrienten (meststof!) Stimuleren microbieel leven Direct effect Laterale wortelgroei en wortelvolume 1 ~phytohormones (deels aanwezig, deels regulatie) 1 Calvo et al. Plant Soil Zeewier extracten Extract Ascophyllum nodosum Blanco 5 mg/l 50 mg/l 100 mg/l 200 mg/l 500 mg/l 1 g/l 2 g/l 9

10 Zeewier extracten Phytohormonen Cellulair mechanisme Fysiologische functie Toename laterale wortelgroei / Wortel biomassa Bereik wortelstelsel Indirect effect op beschikbaarheid nutriënten Agrarisch niveau Toename nutriënten opname Economische en milieu voordelen Gewasopbrengst, Verminderde input nutriënten Microorganismen Welke types? Bacteriën: Biofertilizer : Wortelknobbelbacteriën (Rhizobium) Fosforsolubiliseerders (Bacillus sp.) Vrijlevende stikstoffixeerders (Azotobacter) PGPR: plantengroei bevorderende rhizobacteriën Multifunctioneel: Nutriënten Groei en ontwikkeling Biotische en abiotische stress Schimmels: Vb. Arbusculaire mycorrhiza 10

11 Microorganismen Mode of action relevant voor nutriëntopname? (A)symbiotische stikstof fixatie Oplosbaarheid nutriënten Fe 3+ binding door sideroforen mycorhizae hyphae ~ wortelharen Microorganismen Mode of action relevant voor nutriëntopname? Voorbeeld: Bacillus amyloliquefaciens: Productie van organische zuren zoals: melkzuur, isovaleriaanzuur, azijnzuur, isoboterzuur ph Chelateren van cationen (bv. Ca) P oplosbaarheid Ex. Tomaten seedlings op substraat met lage P beschikaarheid (rotsfosfaat) Blanco Bacillus amyloliquefaciens 11

12 Biostimulanten Proteïne hydrolysaten + N comp. Humuszuren & fulvozuren Zeewierextracten & plantextracten Chitosan & biopolymeren Anorganische Microbiële inoculanten? N P K Toepassing Randvoorwaarden: 1. Samenstelling biostimulanten 2. Fysiologische functie Biostimulanten kunnen énkel succesvol toegepast worden, wanneer biostimulant, de interactie tussen plant & in rekening wordt gebracht. omgeving Stress Tijdstip Methode Gewas Externe invloeden / Weersomstandigheden 12

13 Toepassing M.M. Rady, H.u. Rehman / Scientia Horticulturae 203 (2016) Toepassing Verbeterde waterhuishouding & nutriënten beschikbaarheid M.M. Rady, H.u. Rehman / Scientia Horticulturae 203 (2016)

14 Toepassing Behandeling: 3 weken na planten: 4 keer /interval 10 dagen HA: leonardiet extract Ertan Yildirim (2007), Acta Agriculturae Scandinavica, Section B Soil & Plant Science, 57:2, Toekomst?? Algemene eigenschappen biostimulanten: Grote diversiteit Meerdere modes of action Effecten bepaald door de omstandigheden Effect bios mulant vaak moeilijk in te scha en op gewasniveau Daardoor: nice to have 14

15 Toekomst? Uitdaging voor de toekomst: Kennis van mode of action geeft inzicht in randvoorwaarden om effecten op gewasniveau tot expressie te laten komen resulterend in een duidelijk economisch/milieu voordeel Van labo naar veld Van veld naar labo Worden biostimulanten hierdoor een need to have? 15