Source material

Глава 14 Растительные патогены и стратегии борьбы с аквапоникой

1. 14.1 Введение

   Original publication 2019 · Впервые опубликовано в FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   В настоящее время аквапонные системы являются основой многочисленных исследований, направленных на лучшее понимание этих систем и на решение новых проблем устойчивости производства продуктов питания (Goddek et al. 2015; Villarroel et al. 2016). Суммарное количество публикаций, в которых упоминаются «аквапоника» или производные термины в названии, увеличилось с 12 в начале 2008 года до 215 в 2018 году (результаты исследований базы данных Scopus за январь 2018 года). Несмотря на это увеличение числа докладов и большую область тем исследований, которые они охватывают, все еще отсутствует один критический момент, а именно борьба с сельскохозяйственными вредителями (Stouvenakers et al. 2017). Согласно опросу участников Aquaponic Hub ЕС, только 40% практиков имеют некоторые представления о вредителях и борьбе с вредителями растений (Villarroel et al. 2016).

   В аквапонике заболевания могут быть аналогичны заболеваниям, обнаруженным в гидропонных системах в тепличных структурах. К числу наиболее проблемных патогенов, с точки зрения распространения, относятся гидрофильные грибы или грибковые протисты, которые отвечают за заболевания корней или воротничков. Для рассмотрения контроля патогенов растений в аквапонике важно, во-первых, различать связанные и развязанные системы. Развязанные системы позволяют отсоединить воду от рыбы и растительного покрова (см. главу 8). Такое разделение позволяет оптимизировать и лучше контролировать различные параметры (например, температуру, минеральный или органический состав и рН) в каждом отсеке (Goddek et al. 2016; Monsees et al. 2017). Кроме того, если вода из растениеводческой единицы не возвращается в рыбную часть, то здесь может быть разрешено применение фитосанитарной обработки (например, пестициды, биопестициды и химические дезинфекционные средства). Смежные системы построены в одном контуре, где вода рециркулирует во всех частях системы (см. главы 5 и 7). Однако в соединенных системах борьба с вредителями растений является более сложной задачей из-за присутствия рыбы и полезных микроорганизмов, которые превращают рыбный шлам в питательные вещества растений. Их существование ограничивает или исключает применение уже имеющихся дезинфицирующих средств и химическую обработку. Кроме того, не было разработано специально для аквапоники пестицидов или биопестицидов (Rakocy et al. 2006; Rakocy 2012; Somerville et al. 2014; Bittsansky et al. 2015; Nemethy et al. 2016; Sirakov et al. 2016). Следовательно, меры контроля основываются главным образом на нелечебной физической практике (см. раздел 14.3.1) (Nemethy et al. 2016; Stouvenakers et al. 2017).

   С другой стороны, недавние исследования показывают, что производство аквапоники дает аналогичные урожаи по сравнению с гидропоникой, хотя концентрации минеральных питательных веществ в аквапонной воде ниже. Кроме того, когда аквапонная вода дополняется некоторыми минералами для достижения гидропонных концентраций минеральных питательных элементов, можно наблюдать еще более высокую урожайность (Pantanella et al. 2010; Pantanella et al. 2015; Delaide et al. 2016; Saha et al. 2016; Anderson et al. 2017; Wielgosz et al. 2017; Goddek и Вермеулен 2018). Кроме того, некоторые неофициальные наблюдения практиков аквапоники и два последних научных исследования (Gravel et al. 2015; Sirakov et al. 2016) сообщают о возможном присутствии в воде полезных соединений и/или микроорганизмов, которые могут играть роль в биостимуляции и/или иметь антагонистические (т.е. ингибирующая) активность против возбудителей растений. Биостимуляция определяется как повышение качества растений и толерантности растений к абиотическому стрессу с использованием любого микроорганизма или вещества.

   Что касается этих аспектов, то эта глава преследует две основные цели. Первый — дать обзор микроорганизмов, задействованных в аквапонных системах, с особым акцентом на патогенные и полезные для растений микроорганизмы. Будут также рассмотрены факторы, влияющие на эти микроорганизмы (например, органическое вещество). Во-вторых, обзор имеющихся методов и будущих возможностей в области борьбы с болезнями растений.

2. 14.2 Микроорганизмы в аквапонике

   Original publication 2019 · Впервые опубликовано в FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   Микроорганизмы присутствуют во всей системе аквапоники и играют ключевую роль в системе. Следовательно, они обнаруживаются в рыбе, фильтрующей (механической и биологической) и растительной части. Как правило, характеристика микробиоты (т.е. микроорганизмов определенной среды) осуществляется на циркулирующей воде, перифитоне, растениях (ризосфера, филлосфера и поверхность плодов), биофильтре, кормах для рыб, кишечнике рыб и рыбных фекалиях. До сих пор в аквапонике большинство микробных исследований было сосредоточено на нитрифицирующих бактериях (Schmautz et al. 2017). Таким образом, в настоящее время тенденция заключается в том, чтобы охарактеризовать микроорганизмы во всех сегментах системы с использованием современных технологий секвенирования. Schmautz et al. (2017) определили микробный состав в различных частях системы, в то время как Munguia-Fragozo et al. (2015) дают представление о том, как охарактеризовать микробиоту аквапоники с таксономической и функциональной точек зрения с использованием передовых технологий. В следующих подразделах основное внимание будет уделено только микроорганизмам, взаимодействующим с растениями в аквапонных системах, организованных в полезные для растений и патогенные микроорганизмы растений.

   14.2.1 Растительные патогены

   Теоретически патогены растений, встречающиеся в аквапонных системах, обычно встречаются в безпочных системах. Спецификой аквапонной и гидропонной растительной культуры является постоянное присутствие воды в системе. Эта влажная и водная среда подходит практически каждому растению патогенного гриба или бактерий. Для корневых патогенов некоторые особенно хорошо приспособлены к таким условиям, как псевдогрибы, принадлежащие к таксонам омицетов (например, заболевания корневой гнили, вызванные Pythium spp. и Phytophthora spp.), которые способны вырабатывать мотильную форму распространения, называемую зооспорами. Эти зооспоры способны активно перемещаться в жидкой воде и, таким образом, способны очень быстро распространяться по всей системе. После заражения растения болезнь может быстро распространиться из системы, особенно из-за рециркуляции воды (Jarvis 1992; Hong and Moorman 2005; Sutton et al. 2006; Postma et al. 2008; Vallance et al. 2010; Rakocy 2012; Rosberg 2014; Somerville et al. 2014). Хотя оомицеты относятся к числу наиболее распространенных патогенов, обнаруженных при заболеваниях корней, они часто образуют комплекс с другими патогенами. Некоторые виды фузария (с существованием видов, хорошо адаптированных к водной среде) или виды рода Colletotrichum_, Rhizoctonia и Thielaviopsis могут быть найдены в составе этих комплексов и могут также причинить значительный ущерб самостоятельно (Paulitz and Bélanger 2001; Hong and Moorman 2005; Postma и др., 2008 год; Валанс и др., 2010 год). Другие грибковые роды, такие как Verticillium и Didymella, но и бактерии, такие как Ralstonia_, Xantomonas, Clavibacter, Erwinia и Pseudomonas, а также вирусы (например, помидорная мозаика, огуречная мозаика, вирус некроза дыни, листья листьев листьев листьев салата, табака, и некроза), поники или оросительной воды и причиняют ущерб сосудам, стеблю, листьям или фруктам (Jarvis 1992; Hong and Moorman 2005). Однако следует отметить, что не все обнаруженные микроорганизмы повреждают или приводят к появлению симптомов на урожае. Даже виды одного рода могут быть вредными или полезными (например, Fusarium, Phoma, Pseudomonas). Вышеупомянутые возбудители болезней являются главным образом патогенами, связанными с рециркуляцией воды, но могут быть выявлены и в теплицах. [Раздел 14.2.2](#142 -microorganms-in-aquaponics) показывает результаты первого международного обследования заболеваний растений, происходящих конкретно в аквапонике, в то время как Джарвис (1992) и Альбахес и др. (2002) дают более широкое представление о происходящих патогенах в тепличных структурах.

   В гидропонике или в аквапонных системах растения обычно растут в тепличных условиях, оптимизированных для производства растений, особенно для крупномасштабного производства, где все параметры окружающей среды управляются компьютером (Albajes et al. 2002; Vallance et al. 2010; Somerville et al. 2014; Parvatha Reddy 2016). Однако оптимальные условия для производства растений могут также использоваться патогенами растений. Фактически, эти структуры создают теплые, влажные, безветренные и бездождливые условия, которые могут способствовать заболеваниям растений, если они не управляются надлежащим образом (там же). Чтобы противодействовать этому, необходимо идти на компромисс между оптимальными условиями растений и профилактикой заболеваний (там же). В микроклимате теплицы ненадлежащее управление дефицитом давления пара может привести к образованию пленки или капли воды на поверхности растений. Это часто способствует развитию патогенов растений. Кроме того, для максимального увеличения урожайности в коммерческих гидропониках некоторые другие параметры (например, высокая плотность растений, высокие удобрения для продления периода производства) могут повысить восприимчивость растений к развитию заболеваний (там же).

   Теперь вопрос заключается в том, чтобы узнать, по какому маршруту вводится в систему начальный инокулят (т.е. первый шаг эпидемиологического цикла). Различные этапы эпидемиологического цикла болезней растений (ЭПК) представлены на рис. 14.1. В аквапонике, как и в тепличных гидропонных культурах, можно считать, что поступление патогенов может быть связано с водоснабжением, интродукцией зараженных растений или семян, растительным материалом (например, повторным использованием среды), воздушным обменом (перевозкой пыли и частиц), насекомыми (переносчиками болезней и перевозкой частиц) ) и персонала (инструменты и одежда) (Паулиц и Белангер 2001; Альбахес и др. 2002; Хонг и Мурман 2005; Саттон и др. 2006; Парвата Редди 2016).

   img src=» https://www.fao.org/3/i4626e/i4626e.pdf "style="зум: 50%;»/

   Рис. 14.1 Основные этапы (от 1 до 6) в эпидемиологическом цикле болезни растений (ЭПК) по Лепойру (2003). (1) Прибытие патогена инокулы, (2) контакт с растением-хозяином, (3) процесс проникновения тканей и инфекции патогеном, (4) симптомов, (5) тканей растений, стать инфекционная, (6) высвобождение и распространение инфекционной формы дисперсии

   После контакта инокулума с растением (шаг 2 в EPC) возможны несколько случаев инфицирования (шаг 3 в EPC) (Lepoivre 2003):

   • Взаимосвязь патоген-растение несовместима (отношения, не связанные с хозяином) и болезнь не развивается.

   • Есть отношение хозяина, но растение не проявляет симптомов (растение толерантно).

   • Патоген и растение совместимы, но защитная реакция достаточно сильна, чтобы ингибировать прогрессирование заболевания (растение устойчиво: взаимодействие между геном резистентности хозяина и геном авирулентности патогена).

   • Растение чувствительно (отношение хозяина без гена для распознавания гена), и патоген заражает растение, но симптомы не очень тяжелые (шаг 4 в EPC).

   • И, наконец, растение чувствительно и симптомы болезни видны и тяжелы (шаг 4 в EPC).

   Независимо от степени резистентности, некоторые экологические условия или факторы могут влиять на восприимчивость растения к заражению, либо ослаблением растения или стимулированием роста возбудителя растений (Колун 1973; Джарвис 1992; Шериф и др. 1997; Альхуссаен 2006; Сомервиль и др. 2014). Основными факторами окружающей среды, влияющими на патогены растений и развитие болезней, являются температура, относительная влажность (относительная влажность) и свет (там же). В гидропонике дополнительные факторы могут представлять собой температурные и кислородные концентрации в биогенном растворе (Cherif et al. 1997; Alhussaen 2006; Somerville et al. 2014). Каждый патоген имеет свои предпочтения в отношении условий окружающей среды, которые могут меняться в течение эпидемиологического цикла. Однако в целом высокая влажность и температура благоприятствуют достижению ключевых этапов эпидемического цикла патогена, таких как производство спор или всхожесть спор (рис. 14.1, шаг 5 в ЭПК) (Колхун 1973; Джарвис 1992; Шериф и др. 1997; Альхуссаен 2006; Сомервиль и др. 2014). Colhoun (1973) резюмирует воздействие различных факторов, способствующих заболеваниям растений в почве, в то время как в таблице 14.1 приведены более конкретные или дополнительные факторы, которые могут стимулировать развитие патогенов растений, связанных с аквапоническими теплицами.

   В эпидемиологическом цикле, как только достигается инфекционная стадия (шаг 5 в EPC), патогены могут распространяться несколькими способами (рис. 14.1, шаг 6 в EPC) и заражать другие растения. Как объяснялось ранее, корневые патогены, принадлежащие таксонам Oomycetes, могут активно распространяться в рециркулирующей воде путем высвобождения зооспор (Alhussaen 2006; Sutton et al. 2006). Для других грибов, бактерий и вирусов, ответственных за корневые или воздушные заболевания, диспергирование причинно-следственного агента может происходить путем распространения зараженного материала, механических ран, зараженных инструментов, переносчиков (например, насекомых) и частиц (например, спор и распространителей) выброса или перевозки, разрешенной засухой, шашками или брызги воды (Albajes et al. 2002; Lepoivre 2003).

   14.2.2 Исследование по заболеваниям аквапонических растений

   В январе 2018 года был проведен первый международный опрос по заболеваниям растений среди практиков аквапоники COST FA1305, Американской ассоциации аквапоники и Центра аквапоники ЕС. Двадцать восемь ответов

   Таблица 14.1 Добавление факторов, стимулирующих развитие патогенов растений в аквапонной структуре теплицы по сравнению с классической культурой теплицы

   стол тхед tr class="заголовок» ThПродвинующий фактор/г т Прибыль /th т Причины /th т Ссылки /th /tr /thead тбоди tr class="нечетный» Технология пленки TdNutrient (NFT), техника глубокого потока (DFT) /td td Ипитий/I spp. , Ifusarium/I spp. /td td Легко разбрасывается водой рециркуляция; возможность постзаражения после этапа дезинфекции; низкое содержание кислорода в питательном растворе /td td Кухакан и др. (2004 год) и Валанс и др. (2010 год) /td /tr tr class="даже» TDINОрганические носители (например, каменная вата) /td td Более высокое содержание в бактерии (нет информации об их возможной патогенности) /td td Недоступные органические соединения в среде /td td Халил и Алсаний (2001 год), Кухакан и др. (2004 год), Валанс и др. (2010 год) /td /tr tr class="нечетный» TDOrganic СМИ (например, кокосовое волокно и торф) /td td Более высокое содержание грибов; более высокое содержание в Fusarium spp. для кокосового ореха волокно /td td Доступные органические соединения в средах /td td Кухакан и др. (2004), Халил и др. (2009) и Валанс и др. (2010) /td /tr tr class="даже» TDMedia с высоким содержанием воды и низким содержанием кислорода (например, каменная вата) /td td Ипитий/I spp. /td td Мобильность зооспор; стресс растений /td td Ван Дер Гааг и Вевер (2005 год), Валанс и др. (2010 год) и Халил и Алсаниус (2011 год) /td /tr tr class="нечетный» TDMedia позволяет мало движения воды (например, каменная вата) /td td Ипитий/I spp. /td td Лучшее состояние для диспергирования зооспор и движения хемотаксис; отсутствие потери зооспор флагеллы /td td Саттон и др. (2006 год) /td /tr tr class="даже» TDВысокая температура и низкая концентрация DO в раствор питательных веществ/td td Ипитий/I spp. /td td Напряженное растение и оптимальное состояние для роста ипития/I /td td Шериф и др. (1997 год), Саттон и др. (2006 год), Валанс и др. (2010 год) и Росберг (2014 год) /td /tr tr class="нечетный» TDHigh плотность растения-хозяина и полученный микроклимат/td td Рост патогенных микроорганизмов; распространение заболеваний /td td Теплый и влажный окружающей среды /td td Альбахес и др. (2002 год) и Сомервилль и др. (2014 год) /td /tr tr class="даже» Недостатки, избыток или дисбаланс макро/микропитательных веществ/td td Грибы, вирусы и бактерии /td td Физиологические изменения растений (например, воздействие на реакцию на оборону, транспирацию, целостность клеточных стенок); морфологические модификации растений (например, повышенная восприимчивость к патогенам, привлечение вредителей); питательные ресурсы в тканях хозяина для патогенов; непосредственное воздействие на цикл развития патогена /td td Колхун (1973 год), Сноэйхерс и Алехандро (2000 год), Митчелл и др. (2003 год), Дордас (2008 год), Вересоглу и др. (2013 год), Сомервилл и др. (2014 год) и Гири и др. (2015 год) /td /tr /tbody /таблица

   получил описание 32 аквапонных систем со всего мира (ЕС — 21; Северная Америка — 5; Южная Америка — 1; Африка — 4; Азия — 1). Первый вывод заключался в том, что доля ответивших была небольшой. Среди возможных объяснений нежелания отвечать на вопросник можно назвать то, что практики не чувствовали себя в состоянии сообщать о патогенах растений из-за отсутствия знаний по этой теме. Это уже было отмечено в исследованиях Love et al. (2015) и Villarroel et al. (2016). Основная информация, полученная в результате обследования, заключается в следующем:

   • 84,4% практикующих наблюдают заболевания в своей системе.

   • 78,1% не могут идентифицировать причинно-следственный агент заболевания.

   • 34,4% не применяют меры по борьбе с болезнями.

   • 34,4% используют физическую или химическую очистку воды.

   • 6,2% используют пестициды или биопестициды в соединенной аквапонной системе против возбудителей растений.

   Эти результаты подтверждают предыдущие аргументы о том, что аквапонные растения действительно получают заболевания. Тем не менее, практикующие страдают от недостатка знаний о патогенах растений, и фактически применяемые меры по борьбе с болезнями основаны на нелечебных действиях (90,5% случаев).

   В ходе обследования был представлен перечень патогенов растений, происходящих в их аквапонной системе. Результаты этой идентификации приведены в таблице 14.2. Чтобы устранить отсутствие у практикующего опыта в области диагностики заболеваний растений, вторая версия исследования была

   Таблица 14.2 Результаты первого выявления патогенов растений в аквапонике из анализа международного обследования 2018 года и из существующей литературы

   стол тхед tr class="заголовок» Завод хост/й т Патоген растений /th т Ссылки или результаты опроса /th /tr /thead тбоди tr class="нечетный» Tdallium schoenoprasu/td td Пифий sp.sup (b) /sup /td td Опрос /td /tr tr class="даже» TDбета-вульгарный (швейцарский шард) /td td Бета-эрисиф (a) /sup /td td Опрос /td /tr tr class="нечетный» TDCucumis сативус/td td Подоспаэра ксантиизуп (a) /sup /td td Опрос /td /tr tr class="даже» ТДФРАГАРИЯ СПП. /td td Ботрит cinereasup (a) /sup /td td Опрос /td /tr tr class="нечетный» TDLactuca сатива/td td Ботрит cinereasup (a) /sup /td td Опрос /td /tr tr class="даже» td/td td Бремия лактуцезуп (a) /sup /td td Опрос /td /tr tr class="нечетный» td/td td Фузарий sp.sup (b) /sup /td td Опрос /td /tr tr class="даже» td/td td Питий диссотокумсап (б) /sup /td td Ракочи (2012) /td /tr tr class="нечетный» td/td td Пифий мириотилумсуп (б) /sup /td td Ракочи (2012) /td /tr tr class="даже» td/td td Склеротиния sp.sup (a) /sup /td td Опрос /td /tr tr class="нечетный» TDMentha spp. /td td Пифий sp.sup (b) /sup /td td Опрос /td /tr tr class="даже» TDnasturtium лекарственное/td td Аспергиллус sp.sup (a) /sup /td td Опрос /td /tr tr class="нечетный» Tdocimum базиликом/td td Альтернария sp.sup (a) /sup /td td Опрос /td /tr tr class="даже» td/td td Ботрит cinereasup (a) /sup /td td Опрос /td /tr tr class="нечетный» td/td td Пифий sp.sup (b) /sup /td td Опрос /td /tr tr class="даже» td/td td Склеротиния sp.sup (a) /sup /td td Опрос /td /tr tr class="нечетный» TdPisum сативум/td td Писип эрисиф (a) /sup /td td Опрос /td /tr tr class="даже» TDSolanum ликоперсикум/td td Pseudomonas solanacearumsup (a) /sup /td td Макмёрти и др. (1990 год) /td /tr tr class="нечетный» td/td td Фитофтора infestanssup (a) /sup /td td Опрос /td /tr /tbody /таблица

   Патогенные патогены растений, выявленные симптомами в надземной части растения, аннотируются пунктом а), а в корневой части - пунктом b) в показателе, направленном с целью выявления симптомов без связи названия болезни (таблица 14.3). В таблице 14.2 в основном указаны заболевания со специфическими симптомами, т.е. симптомы, которые могут быть непосредственно связаны с патогеном растений. Это случай Botrytis cinerea и его типичной серой плесени, мучнистой росы (Erysiphe и Podosphaera genera в таблице) и ее белой мучнистой мицелии/конидии, и, наконец, Sclerotinia spp. и ее склероция. Присутствие трех патологоанатомов растений в опросе расширяет список с идентификацией некоторых корневых патогенов (например, Pythium spp.). Таким образом, в таблице 14.3 приводятся общие симптомы, которые недостаточно специфичны для того, чтобы быть непосредственно связаны с патогеном без дополнительной проверки (см. диагноз в раздел 14.3. Но важно подчеркнуть, что большинство симптомов, наблюдаемых в этой таблице, также могут быть следствием абиотических стрессов. Листвный хлороз является одним из наиболее явных примеров, поскольку он может быть связан с большим количеством патогенов (например, для салата: Pythium spp., Bremia lactucae, Sclerotinia spp., вируса западных желтых), с экологическими условиями (например, превышение температуры) и с минеральными недостатками (азотом, магний, калий, кальций, сера, железо, медь, бор, цинк, молибден) (Lepoivre 2003; Resh 2013).

   Таблица 14.3 Обзор наблюдающихся симптомов аквапоники из анализа международного обследования 2018 года

   стол тхед tr class="заголовок» THSYPTOMS/th т Виды растений /th /tr /thead тбоди tr class="нечетный» TdFoliar хлорози/td td Allium schoenoprasum sup1/sup, Амарантус viridis sup1/sup, Кориандрум sativum sup1/sup, Икукукумис сативус/я суп1/суп, Iocimum базиликум/я суп6/суп, iLactuca sativa/i sup4/sup, Mentha spp. sup2/sup, iPetroselinum crispum/i sup1/sup, Спинация oleracea sup2/sup, Изоланум ликоперсикум/я sup1/sup, Фрагария spp. sup1/sup /td /tr tr class="даже» TDFoliar некрозы/td td Mentha spp. sup2/sup, Iocimum базиликим/i sup1/sup, /td /tr tr class="нечетный» Некроз TDS/td td IsoLanum ликоперсикум/i sup1/sup, /td /tr tr class="даже» TDворотник-некроз td Iocimum базиликум/i sup1/sup /td /tr tr class="нечетный» TDFoliar Мозаика/TD td Icucumis sativus/i sup1/sup, Mentha spp. sup1/sup, Iocimum basilicum/i sup1/sup, /td /tr tr class="даже» TDFoliar увядение/td td Brassica oleracea Ацефала группа sup1/sup, iLactuca sativa/i sup1/sup, Mentha spp. sup1/sup, Икукукумис сативус/я суп1/суп, иОцимум/я суп1/суп, изоланум ликоперсикум/я суп1/суп /td /tr tr class="нечетный» TDFoliar, формовка для стебля и воротника/td td Allium schoenoprasum sup1/sup, iCapsicum annuum/i sup1/sup, iCucumis sativus/i sup1/sup, iLactuca sativa/i sup2/sup, Mentha spp. sup2/supp2/sup, iocimum ликоперсикум/i sup /td /tr tr class="даже» TDFoliar пятны/td td iCapsicum annuum/i sup1/sup, iCucumis sativus/i sup1/sup, iLactuca sativa/i sup2/sup, Mentha spp. sup1/sup, Iocimum базиликум/я суп5/суп /td /tr tr class="нечетный» TDDamping выключение/td td Spinacia oleracea sup1/sup, Iocimum базиликим/i sup1/sup, Isolanum lycopersicum/i sup1/sup, саженцы в целом sup5/sup /td /tr tr class="даже» TDCrinkle/TD td iBeta vulgaris/i (швейцарский шард) sup1/sup, iCapsicum annuum/i sup1/sup, iLactuca sativa/i sup1/sup, Iocimum базиликум/i sup1/sup /td /tr tr class="нечетный» TDBrowning или гниющий корень td Allium schoenoprasum sup1/sup, Амарантус viridis sup1/sup, iBeta vulgaris/i (швейцарский шард) sup1/sup, Coriandrum sativum sup1/sup, iLactuca sativa/i sup1/sup, Iocimum базиликум/i sup2/sup, iPetroselinum crispum/i sup2/sup, isoLanum licopersicum/i sup1/sup, Spinacia oleracea sup1/sup /td /tr /tbody /таблица

   Числа в экспоненте представляют возникновение симптома для конкретного растения в общей сложности в 32 рассмотренных аквапонных системах

   14.2.3 Полезные микроорганизмы в аквапонике: возможности

   Как поясняется во введении, в нескольких публикациях основное внимание уделяется бактериям, вовлеченным в азотный цикл, в то время как в других уже подчеркивается потенциальное присутствие полезных микроорганизмов, взаимодействующих с патогенами растений и/или растениями (Rakocy 2012; Gravel et al. 2015; Sirakov et al. 2016). В этом разделе рассматривается потенциал растительных полезных микроорганизмов, участвующих в аквапонике, и способы их действия.

   Sirakov et al. (2016) проверили антагонистические бактерии против Pythium ultimum, выделенного из аквапонной системы. Среди 964 протестированных изолятов 86 показали сильное ингибирующее действие на Pythium ultimum in vitro. Необходимо провести дальнейшие исследования для таксономической идентификации этих бактерий и оценки их потенциала в условиях in vivo. Авторы предполагают, что многие из этих изолятов относятся к роду Pseudomonas. Schmautz et al. (2017) пришли к такому же выводу, определив Pseudomonas spp. в ризосфере салата. Антагонистические виды рода Pseudomonas_ смогли контролировать патогены растений в естественных средах (например, в супрессивных почвах), в то время как это действие также влияет на условия окружающей среды. Они могут защищать растения от патогенов как активным, так и пассивным образом, вызывая реакцию на защиту растений, играя свою роль в поощрении роста растений, конкурируя с патогенами за пространство и питательные вещества (например, конкуренция железа путем высвобождения железохелатных сидерофоров) и/или, наконец, путем производства антибиотики или противогрибковые метаболиты, такие как биоповерхностно-активные вещества (Arras and Arru 1997; Ganeshan and Kumar 2005; Haas and Défago 2005; Beneduzi et al. 2012; Narayanasamy 2013). Несмотря на отсутствие идентификации микроорганизмов в Gravel et al. (2015)), они сообщают, что рыбные стоки способны стимулировать рост растений, уменьшают мицелиальный рост Pythium ultimum и Pythium oxysporum in vitro и уменьшают колонизацию томатного корня этими грибами.

   Информация о возможном естественном потенциале аквапонной микробиоты для защиты растений является скудной, однако потенциал этого защитного действия можно предусмотреть в отношении различных элементов, уже известных в гидропонике или в рециркулирующей аквакультуре. Первое исследование было проведено в 1995 году по вопросу о подавлении или подавлении, стимулируемом микроорганизмами в безпочвенной культуре (McPherson et al. 1995). Давление в гидропонике, определяемое здесь Postma et al. (2008)), «относится к случаям, когда (i) патоген не устанавливается или не сохраняется; или (ii) обнаруживает, но наносит незначительный ущерб или вообще не причиняет». Подавляющее действие среды может быть связано с абиотической средой (например, pH и органическим веществом). Однако в большинстве случаев считается, что он прямо или косвенно связан с деятельностью микроорганизмов или их метаболитов (James and Becker 2007). В безпочвенной культуре подавляющая способность, проявляемая водным раствором или безпочвенными средами, рассматривается Postma et al. (2008) и Vallance et al. (2010). В этих обзорах микроорганизмы, ответственные за это подавление, четко не определены. Напротив, растительные патогены, такие как Phytophthora cryptogea, Pythium spp., Pythium aphanidermatum и Fusarium oxysporum f.sp. radicis-licopersici контролируется или подавляется природной микробиоты исчерпывающим образом описаны. В различных статьях, рассмотренных Postma et al. (2008) и Vallance et al. (2010), участие микробов в подавительном эффекте, как правило, проверяется путем разрушения микробиоты безпочвенного субстрата путем стерилизации, а затем повторной прививки. По сравнению с открытой системой, не имеющей рециркуляции, подавительная активность в безпочных системах может быть объяснена рециркуляцией воды (McPherson et al. 1995; Tu et al. 1999, цитируется Postma et al. 2008), которая может способствовать более эффективному развитию и распространению полезных микроорганизмов (Vallance et al. 2010) .

   С 2010 года супрессивность гидропонных систем является общепризнанным, а темы исследований в большей степени ориентированы на изоляцию и характеристику антагонистических штаммов в безпочвенной культуре с видами Pseudomonas_ в качестве основных изучаемых организмов. Если было продемонстрировано, что безпочные системы культуры способны обеспечивать подавление, то подобная активность в аквапонических системах отсутствует. Однако нет эмпирических указаний на то, что это не должно быть так. Этот оптимизм вытекает из открытий Gravel et al. (2015) и Sirakov et al. (2016), описанных во втором абзаце данного раздела. Кроме того, в гидропонике (Haarhoff and Cleasby 1991 цитируются Калво-Бадо и др. 2003; Van Os et al. 1999), а также в водоочистке для потребления человеком (рассмотрено Verma et al. 2017), что медленная фильтрация (описано в Sect. 14.3.1, а точнее медленная фильтрация песка может также воздействовать против возбудителей растений путем микробного подавления в дополнение к другим физическим факторам. В гидропонике было доказано, что медленная фильтрация эффективна в отношении возбудителей растений, рассмотренных в таблице 14.4. Предполагается, что микробная подавляющая активность в фильтрах, скорее всего, связана с видами Bacillus и/или Pseudomonas (Brand 2001; Déniel et al. 2004; Renault et al. 2007; Renault et al. 2012). Результаты Déniel et al. (2004) показывают, что в гидропонике режим действия Pseudomonas и Bacillus зависит от конкуренции за питательные вещества и антибиоз соответственно. Однако для этих двух родов могут присутствовать дополнительные режимы действия, как уже объяснялось для Pseudomonas spp. Bacillus виды могут, в зависимости от окружающей среды, действовать либо косвенно путем биостимуляции растений, либо непосредственно путем антагонизма путем производства противогрибковых и/или антибактериальных веществ. Клеточные стенообразующие ферменты, бактериоцины и антибиотики, липопептиды (т.е. биоПАВ), идентифицируются в качестве ключевых молекул последнего действия (Pérez-García et al. 2011; Beneduzi et al. 2012; Narayanasamy 2013). При этом функционирование медленного фильтра не так отличается от функционирования некоторых биофильтров, используемых в аквапонике. Кроме того, некоторые гетеротрофные бактерии, такие как Pseudomonas_ spp. уже были выявлены в биофильтрах аквапоники (Schmautz et al. 2017). Это соответствует результатам других исследователей, которые часто обнаруживали биофильтры Bacillus и/или Pseudomonas в РАН (рециркулированная система аквакультуры) (Tal et al. 2003; Sugita et al. 2005; Schreier et al. 2010; Munguia-Fragozo et al. 2015; Rurangwa and Verdegem 2015). Тем не менее, до сих пор не проводилось никаких исследований о возможном подавлении биофильтров в аквапонных биофильтрах.

   Таблица 14.4 Обзор патогенов растений, эффективно удаляемых путем медленной фильтрации в гидропонике

   стол тхед tr class="заголовок» Thрастениеводческие возбудители/г т Ссылки /th /tr /thead тбоди tr class="нечетный» Tdixanthomonas кампестрис/i pv. ipelargonII/i/TD td Бренд (2001) /td /tr tr class="даже» TDifusarium оксиспорум/i/td td Воханка (1995 год), Эхрет и др. (1999 год), цитируются Эхретом и др. (2001 год), ван Ос и др. (2001 год), Денилем и др. (2004 год) и Фуртнером и др. (2007 год) /td /tr tr class="нечетный» Тдипитий/I spp. /td td Дениэль и др. (2004 год) /td /tr tr class="даже» Тдипитий aphanidermatum/i/td td Ehret et al. (1999), цитируемые Ehret et al. (2001) и Furtner et al. (2007) /td /tr tr class="нечетный» TДифитофтора корицы/i/td td Van Os et al. (1999), 4 ссылки, цитируемые Ehret et al. (2001) /td /tr tr class="даже» TDiphytophtora криптофа/i/td td Кальво-Бадо и др. (2003 год) /td /tr tr class="нечетный» Тдифитофтора какторум/i/td td Эвенхейс и др. (2014 год) /td /tr /tbody /таблица

3. 14.3 Защита растений от патогенов в аквапонике

   Original publication 2019 · Впервые опубликовано в FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   В настоящее время практикующие аквапоники, работающие с соединенной системой, относительно беспомощны против болезней растений, когда они происходят, особенно в случае корневых патогенов. Ни пестицид, ни биопестицид не разрабатываются специально для использования в аквапонике (Rakocy 2007; Rakocy 2012; Somerville et al. 2014; Bittsanszky et al. 2015; Sirakov et al. 2016). Короче говоря, до сих пор отсутствуют лечебные методы. Только Somerville et al. (2014) перечисляют неорганические соединения, которые могут быть использованы против грибов в аквапонике. В любом случае, надлежащая диагностика возбудителя (ов), вызывающего (ых) заболевание, является обязательной для определения цели (ов) лечебных мероприятий. Этот диагноз требует хорошей экспертизы с точки зрения возможностей наблюдения, понимания цикла возбудителей растений и анализа ситуации. Однако в случае общих (не специфических) симптомов и в зависимости от требуемой степени точности часто необходимо использовать лабораторные методы для подтверждения гипотезы в отношении возбудителя (Lepoivre 2003). Postma et al. (2008) проанализировали различные методы обнаружения патогенов растений в гидропонике и определили четыре группы:

   1. Прямое макроскопическое и микроскопическое наблюдение за патогеном

   2. Выделение патогена

   3. Использование серологических методов

   4. Использование молекулярных методов

   14.3.1 Небиологические методы защиты

   Надлежащая сельскохозяйственная практика (ГАП) для борьбы с патогенами растений представляет собой различные меры, направленные на ограничение заболеваемости сельскохозяйственными культурами как с точки зрения урожайности, так и качества продукции (ФАО 2008). GAP, переносимые на аквапонику, по существу являются нелечебными физическими или сельскохозяйственными методами, которые можно разделить на профилактические меры и водоочистку.

   Профилактические меры

   Превентивные меры преследуют две разные цели. Первая заключается в том, чтобы избежать попадания патогена в систему, а вторая — ограничить (i) инфекцию растений, (ii) развитие и (iii) распространение патогена в период вегетации. К числу превентивных мер, направленных на недопущение попадания первоначального инокула в теплицу, относятся, например, период залегания, конкретное помещение для санитарии, санитария помещений (например, удаление растительного мусора и дезинфекция поверхности), специальная одежда, сертифицированные семена, конкретное помещение для прорастания растений и физическая барьеры (против переносчиков насекомых) (Стэнгеллини и Расмуссен 1994; Джарвис 1992; Альбахес и др. 2002; Сомервилль и др. 2014; Парвата Редди 2016). Среди наиболее важных методов, используемых для второго вида профилактических мероприятий, можно назвать использование устойчивых сортов растений, дезинфекцию орудий, предотвращение абиотических стрессов растений, хорошее расстояние между растениями, предотвращение развития водорослей и управление экологическими условиями. Последняя мера, т.е. регулирование экологических условий, означает контроль всех параметров парниковых газов в целях предотвращения или ограничения заболеваний путем вмешательства в их биологический цикл (там же). Как правило, в крупномасштабных теплицах используются компьютерное программное обеспечение и алгоритмы для расчета оптимальных параметров, позволяющих как растениеводству, так и борьбе с болезнями. К числу измеряемых параметров относятся, в частности, температура (воздуха и биогенного раствора), влажность, дефицит давления паров, скорость ветра, вероятность росы, влажность листьев и вентиляция (там же). Практик действует на эти параметры, манипулируя отоплением, вентиляцией, затенением, дополнением огней, охлаждением и туманованием (там же).

   Обработка воды

   Физическая обработка воды может быть использована для борьбы с потенциальными возбудителями воды. Фильтрация (размер пор менее 10 мкм), термообработка и УФ-обработка являются одними из наиболее эффективных способов устранения патогенов без вредного воздействия на здоровье рыб и растений (Ehret et al. 2001; Hong and Moorman 2005; Postma et al. 2008; Van Os 2009; Timmons and Ebeling 2010). Эти методы позволяют контролировать вспышки заболеваний путем уменьшения количества инокулята, количества патогенов и стадии их распространения в оросительной системе (там же). Физическая дезинфекция уменьшает возбудители воды до определенного уровня в зависимости от агрессивности лечения. Как правило, целью тепловой и УФ-дезинфекции является сокращение первичной популяции микроорганизмов на 90— 99,9% (там же). Наиболее используемым методом фильтрации является медленная фильтрация из-за ее надежности и низкой стоимости. Обычно используются такие субстраты, как песок, каменная вата или поццолана (там же). Эффективность фильтрации в основном зависит от размера и расхода пор. Для того чтобы обеспечить эффективность дезинфекции, необходимо обеспечить фильтрацию с размером пор менее 10 мкм и расходом 100 л/мсуп2/суп/ч, даже если менее связывающие параметры демонстрируют удовлетворительные результаты (там же). Медленная фильтрация не устраняет все патогены; более 90% всех аэробных бактерий остаются в стоках (там же). Тем не менее, он позволяет подавлять растительный мусор, водоросли, мелкие частицы и некоторые почвенные заболевания, такие как Pythium и Phytophthora (эффективность зависит от рода). Медленные фильтры действуют не только в результате физического воздействия, но и демонстрируют микробную подавляющую активность благодаря антагонистическим микроорганизмам, о чем говорится в разделе 14.2.3 (Hong and Moorman 2005; Postma et al. 2008; Van Os 2009; Vallance et al. 2010). Термообработка очень эффективна против возбудителей растений. Однако для подавления всех видов патогенов, включая вирусы, требуется температура, достигающая 95 С в течение не менее 10 секунд. Эта практика потребляет много энергии и накладывает водяное охлаждение (теплообменник и переходный резервуар) перед повторным заказом очищенной воды в петлю орошения. Кроме того, его недостаток заключается в уничтожении всех микроорганизмов, включая полезные (Hong and Moorman 2005; Postma et al. 2008; Van Os 2009). Последним и, вероятно, наиболее применимым методом является УФ-дезинфекция. 20,8% практикующих центров Aquaponics Hub ЕС используют его (Villarroel et al. 2016). УФ-излучение имеет длину волны от 200 до 280 нм. Он оказывает пагубное воздействие на микроорганизмы путем прямого повреждения ДНК. В зависимости от патогена и турбулентности воды доза энергии варьируется от 100 до 250 МДж/смСуп2/SUP, чтобы быть эффективной (Postma et al. 2008; Van Os 2009).

   Физические методы лечения водой устраняют большинство патогенов из поступающей воды, но они не могут искоренить болезнь, если она уже присутствует в системе. Физическая очистка воды не охватывает всю воду (особенно стоячую водную зону вблизи корней), ни зараженную растительную ткань. Например, УФ-обработка часто не позволяет подавлять корневую гниль Pythium_ (Sutton et al. 2006). Однако, если физическая очистка воды позволяет уменьшить возбудители растений, теоретически они также оказывают влияние на непатогенные микроорганизмы, потенциально влияющие на подавление болезни. В действительности термообработка и УФ-обработка создают микробиологический вакуум, в то время как медленная фильтрация приводит к изменению состава микробиоты сточных вод, что приводит к более высокой способности подавления заболеваний (Postma et al. 2008; Vallance et al. 2010). Несмотря на то, что УФ и термообработка в гидропонике устраняют более 90% микроорганизмов в рециркуляционной воде, снижение подавления заболевания не наблюдалось. Это, вероятно, объясняется слишком низким количеством очищенной воды и повторным загрязнением воды после контакта с ирригационной системой, корнями и растительными средами (там же).

   Водоочистка аквапоник с помощью химических веществ ограничена в непрерывном применении. Озонация — метод, используемый в рециркулирующей аквакультуре и гидропонике. Преимущество лечения озоном заключается в ликвидации всех патогенов, включая вирусы, в определенных условиях и в быстром разложении кислорода (Hong and Moorman 2005; Van Os 2009; Timmons and Ebeling 2010; Gonçalves and Gagnon 2011). Однако у него есть несколько недостатков. Введение озона в сырую воду может привести к образованию побочных продуктов окислителей и значительного количества остаточных окислителей (например, бромированных соединений и галоксианионов, токсичных для рыб), которые необходимо удалить с помощью ультрафиолетового излучения, например, до возвращения в рыбную часть (обзор Gonçalves and Gagnon 2011). Кроме того, обработка озоном является дорогостоящей, является раздражающим для слизистых оболочек в случае воздействия на человека, требует периодов контакта от 1 до 30 минут в диапазоне концентрации 0,1—2,0 мг/л, нуждается в временном отстойнике для полного сокращения от OSub3/sub до OSub2/sub и может окислять элементы, присутствующие в питательном растворе , такие как железные хелаты, и таким образом делает их недоступными для растений (Hong and Moorman 2005; Van Os 2009; Timmons and Ebeling 2010; Gonçalves and Gagnon 2011).

   14.3.2 Биологические методы защиты

   В области гидропоники в многочисленных научных работах рассматривается использование антагонистических микроорганизмов (т.е. способных ингибировать другие организмы) для борьбы с патогенами растений, однако до настоящего времени никаких исследований по их использованию в аквапонике не проводилось. Способ действия этих антагонистических микроорганизмов определяется Кэмпбеллом (1989)), Уиппсом (2001) и Нараянасами (2013) сгруппированы в:

   1. Конкуренция за питательные вещества и ниши

   2. Паразитизм

   3. Антибиоз

   4. Индукция резистентности к болезням растений

   Эксперименты по внедрению микроорганизмов в аквапонные системы были направлены на увеличение нитрификации путем добавления нитрифицирующих бактерий (Zou et al. 2016) или использование промоторов роста растений (PGPR), таких как Azospirillum brasilense и Bacillus spp. для повышения производительности растений (Mangmang et al. 2014; Mangmang et al. 2015a; Mangmang et al. 2015b; Mangmang et al. 2015c; da Silva Cerozi и Fitzsimmons 2016; Bartelme et al. 2018). В настоящее время существует настоятельная необходимость в работе над биоконтрольными агентами (BCA) против возбудителей растений в аквапонике в связи с ограниченным использованием синтетических лечебных процедур, высокой ценностью культуры и ростом аквапонных систем в мире. В этом контексте BCA определяется как вирусы, бактерии и грибки, оказывающие антагонистическое воздействие на патогены растений (Campbell 1989; Narayanasamy 2013).

   Как правило, внедрение BCA считается более легким в безпочных системах. На самом деле, гидропонная корневая среда более доступна, чем в почве, и микробиота субстрата также несбалансирована из-за биологического вакуума. Кроме того, экологическими условиями теплицы можно манипулировать для удовлетворения потребностей в росте BCA. Теоретически все эти характеристики позволяют лучше интродукции, установления и взаимодействия БЦА с растениями в гидропонике, чем в почве (Paulitz and Bélanger 2001; Postma et al. 2009; Vallance et al. 2010). Однако на практике эффективность вакцинации BCA для контроля корневых патогенов может быть весьма различной в безпочных системах (Postma et al. 2008; Vallance et al. 2010; Montagne et al. 2017). Одним из объяснений этого является то, что отбор BCA основан на тестах in vitro, которые не отражают реальных условий, а затем слабая адаптация этих микроорганизмов к водной среде, используемой в гидропонике или аквапонике (Postma et al. 2008; Vallance et al. 2010). Для контроля патогенов растений и особенно тех, кто несет ответственность за корневую гниль, необходим отбор и идентификация микроорганизмов, задействованных в водных системах, которые проявляют супрессивную активность по отношению к патогенам растений. В безпочвенной культуре могут быть выбраны несколько антагонистических микроорганизмов, поскольку их биологический цикл похож на корневые патогены или их способность расти в водных условиях. Таков случай непатогенных видов и бактерий Pythium_ и Fusarium_, где наиболее широко представлены в литературе (Paulitz and Bélanger 2001; Khan et al. 2003; Chatterton et al. 2004; Folman et al. 2004; Sutton et al. 2006; Liu et al. сол. 2007; Постма и др. др. 2008; Постма и др. 2009; Валанс и др. 2010; Софер и Саттон 2011; Хултберг и др. 2011; Ли и Ли 2015; Мартин и Лопер 1999; Моруцци и др. 2017; Тонгкамнгам и Яенаксорн 2017). Изучено также прямое добавление некоторых микробных метаболитов, таких, как биоповерхностно-активные вещества (Stanghellini and Miller 1997; Nielsen et al. 2006; Nielsen et al. 2006). Хотя некоторые микроорганизмы эффективно контролируют корневые патогены, существуют и другие проблемы, которые необходимо преодолеть для получения биопестицида. Основными задачами являются определение средств прививки, плотности инокулята, рецептуры продукта (Montagne et al. 2017), способа получения достаточного количества при низкой стоимости и хранения составленного продукта. Экотоксикологические исследования рыб и живых полезных микроорганизмов в системе также являются важным моментом. Еще одна возможность, которую можно было бы использовать, заключается в использовании комплекса антагонистических агентов, как это было отмечено в методах подавления почвы (Spadaro and Gullino 2005; Vallance et al. 2010). Фактически микроорганизмы могут работать в синергическом взаимодействии или с взаимодополняющими способами действий (там же). Добавление поправок могло бы также укрепить потенциал БЦА, выступая в качестве пребиотиков (см. раздел 14.4).

4. 14.4 Роль органического вещества в биоконтрольной деятельности в аквапонных системах

   Original publication 2019 · Впервые опубликовано в FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   В Sect. 14.2.3 была предложена подавление аквапонных систем. Как указывалось выше, основная гипотеза связана с рециркуляцией воды так же, как и с гидропонными системами. Однако существует вторая гипотеза, и это связано с присутствием органического вещества в системе. Органическое вещество, которое может стимулировать более сбалансированную микробную экосистему, включая антагонистические агенты, которые менее подходят для возбудителей растений (Rakocy 2012).

   В аквапонике органическое вещество поступает из водоснабжения, несъеденных кормов, рыбных фекалий, органических растительных субстратов, микробной активности, корневых экссудат и растительных остатков (Waechter-Kristensen et al. 1997; Naylor et al. 1999; Waechter-Kristensen et al. 1999). В такой системе гетеротрофными бактериями являются организмы, способные использовать органическое вещество в качестве углерода и источника энергии, как правило, в виде углеводов, аминокислот, пептидов или липидов (Sharrer et al. 2005; Willey et al. 2008; Whipps 2001). В рециркулированной аквакультуре (РАС) они в основном локализованы в биофильтре и потребляют органические частицы, попавшие в него (Leonard et al. 2000; Leonard et al. 2002). Однако еще одним источником органического углерода для гетеротрофных бактерий являются гуминовые вещества, присутствующие в виде растворенного органического вещества и отвечающие за желто-буроватую окраску воды (Takeda and Kiyono 1990, цитируемые Leonard et al. 2002; Hirayama et al. 1988). Известно, что в почве, а также в гидропонике гуминовые кислоты стимулируют рост растений и поддерживают растение в условиях абиотического стресса (Bohme 1999; du Jardin 2015). Белки в воде могут использоваться растениями в качестве альтернативного источника азота, что повышает их рост и устойчивость к патогенам (Adamczyk et al. 2010). В рециркулируемой воде обилие свободных гетеротрофных бактерий коррелируется с количеством биологически доступного органического углерода и соотношения углерода и азота (C/N) (Leonard et al. 2000; Leonard et al. 2002; Michaud et al. 2006; Attramadal et al. 2012). В биофильтре увеличение соотношения C/N увеличивает обилие гетеротрофных бактерий за счет количества автотрофных бактерий, ответственных за процесс нитрификации (Michaud et al. 2006; Michaud et al. 2014). Как предполагается, гетеротрофные микроорганизмы могут оказывать негативное воздействие на систему, поскольку они конкурируют с автотрофическими бактериями (например, нитрифицирующими бактериями) за пространство и кислород. Некоторые из них являются патогенами растений или рыб, или они отвечают за непривкус рыб (Чанг-Хо 1970; Функ-Йенсен и Хокенхулл 1983; Джонс и др. 1991; Леонард и др. 2002; Ногейра и др. 2002; Михауд и др. 2006; Мукерджи 2006; Уипппс 2001; Рурангва и Вердегем 2015). Однако гетеротрофные микроорганизмы, вовлеченные в систему, также могут быть положительными (Whipps 2001; Mukerji 2006). Несколько исследований с использованием органических удобрений или органических безпочных сред в гидропонике показали интересные эффекты, в которых микробиота была способна контролировать болезни растений (Montagne et al. 2015). Все органические субстраты обладают своими физико-химическими свойствами. Следовательно, характеристики среды будут влиять на микробное богатство и функции. Таким образом, выбор конкретной растительной среды может повлиять на развитие микробных микробов, с тем чтобы оказывать подавительное воздействие на патогены (Montagne et al. 2015; Grunert et al. 2016; Montagne et al. 2017). Еще одной возможностью подавления патогенов, связанных с органическим углеродом, является использование органических поправок в гидропонике (Maher et al. 2008; Vallance et al. 2010). При добавлении компостов в безпочные среды, как это широко используется в почве, ожидается подавление (Maher et al. 2008). Еще одной возможностью является укрепление или поддержание определенного микроорганизма, такого как Pseudomonas_ популяции путем добавления некоторых составленных источников углерода (например, продукта на основе нитрапирина), о чем сообщили Pagliaccia et al. (2007) и Pagliaccia et al. (2008). Появление органической безпочвенной культуры также подчеркивает вовлечение полезных микроорганизмов в борьбу с патогенами растений, поддерживаемыми использованием органических удобрений. Fujiwara et al. (2013), Chinta et al. (2014) и Chinta et al. (2015) сообщили, что оплодотворение крутым спиртом кукурузы помогает контролировать Fusarium oxysporum f.sp. Lactucae и Botrytis cinerea на салате и Fusarium oxysporum f.sp. radicis-lycopersici на томатных растениях. И даже если вряд ли рекомендуется использовать аквапоники, 1 г/л растворимого удобрения на основе рыбы (Shinohara et al. 2011) подавляет бактериальное увядание на томатах, вызванное Ralstonia solanacearum в гидропонике (Fujiwara et al. 2012).

   Наконец, несмотря на то, что информация о воздействии органических веществ на защиту растений в аквапонике является скудной, различные упомянутые выше элементы свидетельствуют о своей потенциальной способности содействовать развитию микробиоты, характерной для данной системы и подавления патогенов растений.

5. 14.5 Выводы и будущие соображения

   Original publication 2019 · Впервые опубликовано в FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   Цель этой главы состояла в том, чтобы дать первый отчет о патогенах растений, происходящих в аквапонике, рассмотреть актуальные методы и будущие возможности их контроля. Каждая стратегия имеет преимущества и недостатки и должна быть тщательно разработана, чтобы соответствовать каждому случаю. Однако в настоящее время лечебные методы в соединенных аквапонных системах все еще ограничены, и необходимо найти новые перспективы контроля. К счастью, можно было бы рассмотреть подавление с точки зрения аквапонных систем, как это уже наблюдалось в гидропонике (например, в растительных средах, воде и медленных фильтрах). Кроме того, наличие органического вещества в системе является обнадеживающим фактором по сравнению с безпочвенными системами культуры, использующими органические удобрения, органические растительные среды или органические поправки.

   В будущем представляется важным изучить эту подавляющую меру, за которой следует идентификация и определение характеристик ответственных микробов или микробных консорциумов. На основе полученных результатов можно было бы предусмотреть ряд стратегий, направленных на повышение способности растений противостоять патогенам. Во-первых, биологический контроль путем сохранения, что означает благоприятное воздействие на полезные микроорганизмы путем манипулирования и регулирования состава воды (например, соотношение C/N, питательные вещества и газы) и параметров (например, pH и температура). Однако в первую очередь необходимо определить эти влияющие факторы. Это управление автотрофическими и гетеротрофными бактериями также имеет ключевое значение для поддержания хорошей нитрификации и сохранения здоровой рыбы. Вторая стратегия — усиливающий биологический контроль путем дополнительного высвобождения полезных микроорганизмов, уже присутствующих в системе в больших количествах (иннудативный метод) или в небольших количествах, но повторяющихся во времени (метод прививки). Но необходимо предварительно идентифицировать и умножить аквапоник BCA. Третья стратегия — импорт, т.е. введение нового микроорганизма, обычно отсутствующего в системе. В этом случае необходим подбор микроорганизма, адаптированного и безопасного для аквапонной среды. Для двух последних стратегий, место прививки в системе должно рассматриваться в зависимости от желаемой цели. К участкам, где микробная активность может быть повышена, относятся рециркулированная вода, ризосфера (включая растительные среды), биофильтр (например, в медленных песчаных фильтрах, где уже испытано добавление BCA) и филлосфера (т.е. воздушная растительная часть). Независимо от стратегии, конечная цель должна заключаться в том, чтобы побудить микробные сообщества обеспечить стабильную, экологически сбалансированную микробную среду, обеспечивающую хорошее производство как растений, так и рыбы.

   В заключение следует отметить, что соблюдение требований интегрированной борьбы с вредителями растений (IPM) является необходимостью правильного управления системой и предотвращения развития и распространения заболеваний растений (Bittsanszky et al. 2015; Nemethy et al. 2016). Принцип IPM заключается в применении химических пестицидов или других агентов в качестве крайней меры при достижении уровня экономического ущерба. Следовательно, борьба с патогенами должна быть прежде всего основана на физических и биологических методах (описанных выше), их сочетании и эффективном обнаружении и мониторинге заболевания (European Parliament 2009).