'n Kykie in die Grondmikrobiologielaboratorium

April 2015

CHARNÉ MYBURGH en OWEN RHODE, LNR-Instituut vir Graangewasse

Waarom wil ons weet wat die mikrobiese aktiwiteit in grond is?

Grond is lewend. Dit is juis hierdie biologiese komponent wat, tesame met die fisiese en chemiese eienskappe, 'n hoëkwaliteit grond verseker mits al drie komponente in die korrekte verhouding met mekaar is. Die biologiese komponent word gewoonlik op die agtergrond geskuif, waarskynlik omdat dit nie so maklik kwantifiseerbaar is nie.

Grondmikrobes speel ‘n belangrike rol in grondkwaliteit en plantproduktiwiteit deur die prosesse wat hulle in die grond laat plaasvind. In die lig hiervan moet ons kyk na die verskillende organismes in die grond en wat elkeen se funksie is.

Bakterieë is in staat om ‘n wye verskeidenheid organiese samestellings af te breek. Dit sluit in suikers, proteïene, aminosure, olie(s), onkruiddoders en insekdoders, om maar ‘n paar te noem. Bakterieë is ook aktief betrokke by die stikstofsiklus – waar sommiges stikstof omskakel vanaf die atmosferiese vorm (N₂) na ‘n biobeskikbare vorm wat deur plante opgeneem kan word.

Ander kan ammoniak omskakel in nitraat (nitrifikasie), terwyl nitraat ook omgeskakel kan word na stikstof (denitrifikasie) wat in die atmosfeer vrygestel word. Bakterieë stel dus die voedingstowwe (hoofsaaklik stikstof) in plantreste vry vir opvolggewasse. Verder dien dit ook as ‘n tydelike stoorplek vir hierdie voedingstowwe wat dit dan teen verliese beskerm.

Aktinomisete is bakterieë wat filamentagtig en dikwels hoogs vertak, soos fungi, vertoon. Hulle kan komplekse organiese samestellings, soos sellulose, lignien en chitien degradeer en is meestal betrokke by die finale afbreekfases van hierdie samestellings. Dit is die oorblyfsels van hierdie materiale wat humus vorm en ‘n uiters waardevolle rol in grond speel.

Fungi sluit in giste en swamme. Alhoewel sommige fungi plantsiektes veroorsaak, speel verskeie fungi oor die algemeen ‘n groter rol in algehele grond- en oeskwaliteit. Hulle is ‘n baie belangrike groep degradeerders omdat hulle in staat is om dele van plante en diere te degradeer wat nie deur bakterieë afgebreek kan word nie. Die draadagtige stringe van fungi, bekend as hifes, help verder ook om die grondstruktuur te stabiliseer. Sommige fungi is predatore en kan onder meer aalwurms in die grond beheer. Ander fungi speel weer ‘n belangrike rol om siektekomplekse, soos wortelvrot by mielies, te onderdruk.

In landbou het bestuurspraktyke ‘n effek op die grond se biologiese komponent. Praktyke soos ploeg versteur en vernietig byvoorbeeld die swamme in die grond, wat dan weer onder meer lei tot ‘n afname in erdwurmgetalle. Ons weet ook dat praktyke, soos dekgewas en kompos, “goeie” biologie aanmoedig om probleme met grondgehalte te oorbrug.

Soos reeds genoem, lewer grondmikrobes ‘n bydrae tot die biologiese gehalte van ‘n grond. Deur dus die invloed van bestuurspraktyke op die mikrobiese populasie in die grond te bestudeer, kan 'n aanduiding gegee word van die grondgehalte in die breë sin sowel as watter landboupraktyke volhoubaar is.

Grondlaboratoriumtegnieke

Aangesien mikroörganismes nie met die blote oog gesien kan word nie, is daar verskeie tegnieke wat gebruik kan word in die bestudering en kwantifisering van mikroörganismes. Dit sluit onder meer in die kweking van mikroörganismes (bakterieë en fungi), die bepaling van grondensiem-aktiwiteit en die bepaling van diversiteit met behulp van DNS-tegnieke.

Wat is die doel van kweektegnieke?

Die gebruik van agarplate (voedingsmedium) om grondverdunnings te maak en kolonies te tel is ‘n baie handige indikator van mikrobiese aktiwiteite in ‘n spesifieke grondmonster. Hierdie tegniek het ten doel om die hoeveelheid kolonievormende eenhede te bepaal.

Die grondmonster word in ‘n reeks verdun en elke verdunning word uitgeplaat op ‘n steriele agarplaat wat dan geïnkubeer word totdat kolonies gegroei het. Die agarplaat dien as voedselbron vir die mikroörganismes.

Daarna word die kolonies getel, wat ‘n aanduiding gee van die hoeveelheid mikroörganismes wat in die grond voorkom. Aangesien mikroörganismes baie selektief kan wees met betrekking tot hul voedselbron, kan ongelukkig slegs sowat 1% van alle spesies op dié manier gekweek word.

Waarom toets ons landbougrond vir ensiemaktiwiteite?

Mikroörganismes soos bakterieë en fungi produseer ensieme, dus kan ons deur die ensiemaktiwiteit in die grond te meet ‘n aanduiding kry van die mikroörganismes se aktiwiteit in ‘n spesifieke grond. Daar is verskillende grondensieme waarvoor getoets kan word, maar ons fokus op vier ensieme, naamlik dehidrogenase, ß-glukosidase, fosfatase en urease.

Elke ensiem hou verband met ‘n ander funksie in die grond.

• Dehidrogenase meet die mikrobiese oksidatiewe kapasiteit van grond en gee dus op sy beurt ‘n aanduiding van die lewensvatbare organismes in die grond.
• ß-glukosidase is betrokke tydens die versuikering van sellulose.
• Fosfatase transformeer organiese en anorganiese fosforverbindings in die grond.
• Urease speel ‘n belangrike rol in die stikstofsiklus en hou verband met mikrobiese biomassa.

As ‘n geheel kan die analisering van hierdie ensieme ‘n vinnige aanduiding gee van veranderinge in die grond. Dit word dus as ‘n tipe sensor of indikator gebruik vir mikrobiese aktiwiteit en grond vrugbaarheid. Hierdie analises word uitgevoer onder optimale reaksietoestande en gee ‘n aanduiding van die maksimum ensiemaktiwiteit in die grond en dus van die mikroörganismes in die grond.

Waar pas DNS-profiele in?

Deoksiribonukleïensuur (DNS of soos die Engelsman sê DNA) is die bousteen van alle lewe op aarde. Dit bestaan uit vier molekules of te wel nukleïensure waarvan die volgorde bepaal of jy mens, 'n bees, ‘n mielie of ‘n bakteriese sel is asook alles wat verder lei tot die uniekheid van lewe.

Deesdae word daar al meer gebruik gemaak van DNS-identifikasie. Alle mikroörganismes beskik oor ‘n gedeelte binne hul DNS wat konstant dieselfde is regoor die meeste verskillende spesies. Ons verwys in bakterieë na die 16S rRNS-geen en in fungusse na die 18S rRNS-geen.

Binne die onderskeie gene is daar dan klein gedeeltes waar die nukleïensure verskil, met die meeste spesies wat oor hul eie unieke volgorde beskik. Dit dien dan as’t ware as ‘n vingerafdruk om die spesie te identifiseer. Uit so min as 0,1 g grond kan daar DNS geïsoleer word, wat deur ‘n chemiese proses van polimerasekettingreaksie (PKR) vermeerder word.

Hierdie proses teiken die 16S rRNS- of 18S rRNS-geen en maak miljoene kopieë binne ‘n uur of twee. Daarna kan die navorser óf die DNS gebruik en op ‘n dun jel skei onder ‘n elektriese stroom óf 'n baie duur "tweedegenerasie-volgordebepaling"-tegniek volg.

Die jelmetode word meestal in Suid-Afrika gebruik aangesien dit goedkoper is en steeds relevante inligting verskaf. Die jel toon 'n enkele band vir elke verskillende spesie. Die bande word uitgesny, waarna die volgorde van die boustene van die DNS bepaal word en vergelyk word met ander DNS-volgordes om ‘n identifikasie te maak van die betrokke spesie.

Ook word die jel vergelyk met ander jelle, om sodoende ‘n vergelyking te tref ten opsigte van die verskille in grondmikrobiodiversiteit tussen verskillende grondmonsters.

Wat beteken al hierdie inligting vir jou as produsent?

Grondmikroörganismes het ‘n uiters belangrike rol in die grond aangesien hulle plantreste afbreek; ‘n bydrae lewer tot humusvorming; dien as tydelike stoorplek vir plantvoedingstowwe, soos stikstof en fosfor, en dit beskikbaar stel vir plantopname; grondstruktuur verbeter; en selfs die waterhouvermoë op ‘n indirekte wyse verhoog.

Deur hierdie identifikasie- en kwantifiseringstegnieke te gebruik, is dit moontlik om mikrobiese aktiwiteit vergelykings te tref tussen verskillende tipes grond, verskillende boerderymetodes en verskillende bewerkings.

Soos gesien kan word uit die rol van grondmikroörganismes, soos hierbo uiteengesit, is die mikpunt dan juis om ‘n hoë mikrobiese aktiwiteit te bevorder aangesien dit die grondkwaliteit verbeter wat dan die produktiwiteit en graanopbrengs kan maksimeer. Dus kan ons nog voordat ons na die plante kyk alreeds ‘n goeie idee kry van wat in die grond aangaan.

Vir iets wat nie met die blote oog gesien kan word nie, is dié organismes nogal belangrik of hoe?

Vir meer inligting oor grondmikroörganismes in landboupraktyke, kontak gerus vir Owen Rhode by rhodeo@arc.agric.za.

Publication: April 2015

Section: Relevant