کاربرد گروه‌های میکروبی به عنوان آفت‌کش‌های بیولوژیکی در مدیریت جامع آفات برای شیوه‌های کشاورزی بهینه و پایدار با بیوتکنولوژی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 مرکز تحقیقات و توسعه چیتکارا، دانشگاه چیتکارا، هیماچال پرادش-۱۷۴۱۰۳ هند.

2 استاد، ISME، دانشگاه مهارت و تکنولوژی اطلس، بمبئی، هند،

3 استادیار، دپارتمان بیوتکنولوژی، مؤسسه علوم و فناوری ساتیاباما، چنای، تامیل نادو، هند،

4 دپارتمان حشره‌شناسی، دانشکده علوم کشاورزی، دانشگاه سیکشا 'O' آنوساندان (دانشگاه معتبر)، بهوبانسوار، اودیشا، هند.

5 دپارتمان مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی و فناوری، دانشگاه JAIN (دانشگاه معتبر)، ناحیه راماناگارا، کارناتاکا - ۵۶۲۱۱۲، هند

6 دپارتمان علوم، دانشگاه ماهارشی اطلاعات فناوری، لکهنو، اوتار پرادش، هند.

7 مرکز تأثیر و نتیجه تحقیقات، دانشگاه چیتکارا، راجپورا- ۱۴۰۴۱۷، پنجاب، هند.

چکیده

هدف: بهره‌وری کشاورزی در حال حاضر با روند نزولی روبرو است که ناشی از کاهش حاصلخیزی خاک و شیوه‌های نادرست کشاورزی است. وابستگی بیشتر به کودهای شیمیایی مصنوعی نه تنها فرسایش خاک را تسریع می‌کند، بلکه مشکلات شدید زیست‌محیطی و سلامت انسانی را نیز افزایش می‌دهد. هدف این مطالعه بهبود عملکرد محصول، بازسازی سلامت خاک و ترویج شیوه‌های کشاورزی زیست‌محیطی است، به ویژه بیوفرتیلایزرها (BF) و بیوپستی‌سایدها (BP). هدف این پژوهش بررسی کارایی آن‌ها برای افزایش ظرفیت اینوکولانت‌های باکتریایی به عنوان بیوفرتیلایزرها و کارایی آن‌ها در بهبود عملکرد محصول است.
مواد و روش‌ها: یک مطالعه تجربی مبتنی بر مزرعه برای ارزیابی تأثیر اینوکولانت‌های باکتریایی بر حاصلخیزی خاک و عملکرد محصول انجام شد. بیوفرتیلایزرهای انتخاب‌شده شامل سویه‌های باکتریایی تثبیت‌کننده نیتروژن و حل‌کننده فسفات بودند. این‌ها در پلات‌هایی که محصولات رایج کشت می‌شوند، تحت سطوح مختلف ورودی‌های ارگانیک و غیرارگانیک آزمایش شدند. پلات کنترل از کودهای شیمیایی سنتی استفاده کرد. پارامترهایی مانند شرایط تغذیه‌ای خاک، سرعت رشد، عملکرد و مقاومت به آفات در طول فصل نظارت شد. نمونه‌های خاک اولیه و بعدی برای ارزیابی تغییرات در محتوای تغذیه‌ای و فعالیت میکروبی تجزیه و تحلیل شدند. تحلیل آماری داده‌ها برای مقایسه اثرات درمان انجام شد.
نتایج: نتایج بهبود قابل توجهی در عملکرد محصول و حاصلخیزی خاک در پلات‌های درمان‌شده با بیوفرتیلایزرها نسبت به پلات‌های تنها درمان‌شده با کودهای شیمیایی نشان می‌دهد. کاربرد اینوکولانت‌های باکتریایی مواد مغذی را افزایش داد، تولید بیوماس را بهبود بخشید و تنوع میکروبی خاک را افزایش داد. علاوه بر این، استفاده از بیوفرتیلایزرها وابستگی به ورودی‌های مصنوعی را کاهش داد و به شیوه‌های کشاورزی پایدارتر و دوستدار محیط زیست کمک کرد. وقوع آفات در پلات‌های منتسب به بیوفرتیلایزرها نیز پایین بود، که نشان‌دهنده اثر ترکیبی با بیوپستی‌سایدها است.
نتیجه‌گیری: این مطالعه نقش امیدوارکننده بیوفرتیلایزرها و بیوپستی‌سایدها را در کشاورزی پایدار تأکید می‌کند. کاربرد آن‌ها نه تنها محصول و خاک را بهبود می‌بخشد، بلکه تأثیر زیست‌محیطی و هزینه‌های تولید را کاهش می‌دهد. بیوتکنولوژی، به ویژه به عنوان اینوکولانت‌های میکروبی، پتانسیل عظیمی برای حمایت از امنیت غذایی جهانی دارد. با این حال، برای بهره‌برداری کامل از مزایا، قوانین گسترده بیوامنیتی و سیستم‌های آموزشی و حمایتی کشاورزان باید اجرا شود. ادغام راه‌حل‌های مبتنی بر بیولوژی در کشاورزی می‌تواند مسیر لازم برای پایداری بلندمدت کشاورزی در سیستم‌های کشاورزی با ورودی کم را فراهم کند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Application of microbial groups as biological pesticides in comprehensive pest management for optimal and sustainable farming practices with biotechnology

نویسندگان [English]

  • B Reddy 1
  • Mohamed A Jaffar 2
  • S M Indumathi 3
  • Satya Narayan Satapathy 4
  • Adarsha Harinaiha 5
  • Ramakant Ramakant 6
  • Prerak Sudan 7
1 Chitkara Centre for Research and Development, Chitkara University, Himachal Pradesh-174103 India.
2 Professor, ISME, ATLAS SkillTech University, Mumbai, India,
3 Department of Biotechnology, Sathyabama Institute of Science and Technology, Chennai, Tamil Nadu, India
4 Department of Entomology, Faculty of Agricultural Sciences, Siksha 'O' Anusandhan (Deemed to be University), Bhubaneswar, Odisha, India.
5 Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering and Technology, JAIN (Deemed-to-be University), Ramanagara District, Karnataka - 562112, India.
6 Department of Science, Maharishi University of Information Technology, Lucknow, Uttar Pradesh, India.
7 Centre of Research Impact and Outcome, Chitkara University, Rajpura- 140417, Punjab, India
چکیده [English]

Objective
Agricultural productivity is currently facing a tendency down due to the Earth's fertility and incorrect agricultural practices. More dependence on synthetic chemical fertilizers not only accelerates erosion of soil, but also increases severe environmental and human health problems. The aim of this study is to improve the crop yield, restore earth health and promote environmental agricultural practices, especially Biofertilizers (BF) and biopesticides (BP). The purpose of this research is to check their efficiency to increase the capacity of bacterial inoculants as a biofertilizers and their efficiency in increasing the performance of the crop.

Materials and methods
A field -based experimental study was conducted to evaluate the effect of inoculator of bacteria on the Earth's fertility and crop dividend. The selected biofertilizers included nitrogen fixation and phosphate-solubilizing bacterial strains. These were used to test the plots that grow often cultivated crops below different levels of organic and inorganic entrances. Control plot used traditional chemical fertilizers. Parameters such as the Earth's nutritional conditions, growth speeds, dividends and pest resistance were monitored throughout the season. East and subsequent erosion of soil samples were analyzed to assess changes in nutritional content and microbial activity. The statistical analysis of data was done to compare the treatment effect.
Results
Conclusions reveal a significant improvement in crop dividends and the soil's fertility in plots treated with a biofertilizers compared to those who are only treated with chemical fertilizers. Applications of bacterial inoculants increased nutrients, increased biomass production and improved microbial diversity of soil. In addition, the use of biofertilizers reduced the dependence of synthetic input, contributing to a more durable and environmentally friendly agricultural practice. The plague occurrence in biofertilizers -Credited plots was also low, indicating a collective effect with biopics times.
Conclusions
This study emphasizes the promising role of biofertilizers and biopesticides in sustainable agriculture. Their application not only improves crop and soil, but also reduces environmental impact and production costs. Biotechnology, especially as microbial inoculants, has enormous ability to support global food security. However, in order to fully utilize the benefits, extensive biosecurity rules and peasant training and support systems must be implemented. Integration of biobased solutions into mainstream agriculture can orbit the passage required for long -term agricultural stability for low entrance agricultural systems.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Biopesticides
  • chemical pesticides
  • microbial groups
  • pest management
  • sustainable farming

مراجع

Adesemoye, A. O., Torbert, H. A., & Kloepper, J. W. (2009). Plant growth-promoting rhizobacteria allow reduced application rates of chemical fertilizers. Microbial Ecology, 58(4), 921–929. https://doi.org/10.1007/s00248-009-9531-y
Allouzi, M. M. A., Allouzi, S. M. A., Keng, Z. X., Supramaniam, C. V., Singh, A., & Chong, S. (2022). Liquid biofertilizers as a sustainable solution for agriculture. Heliyon, 8(12), Article e12609. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2022.e12609
Angon, P. B., Mondal, S., Jahan, I., Datto, M., Antu, U. B., Ayshi, F. J., & Islam, M. S. (2023). Integrated pest management (IPM) in agriculture and its role in maintaining ecological balance and biodiversity. Advances in Agriculture, 2023, Article 5546373. https://doi.org/10.1155/2023/5546373
Bamdad, H., Papari, S., Lazarovits, G., & Berruti, F. (2022). Soil amendments for sustainable agriculture: Microbial organic fertilizers. Soil Use and Management, 38(1), 94–120. https://doi.org/10.1111/sum.12762
Bashan, Y., & de-Bashan, L. E. (2010). How the plant growth-promoting bacterium Azospirillum promotes plant growth—A critical assessment. In D. L. Sparks (Ed.), Advances in agronomy (Vol. 108, pp. 77–136). Academic Press. https://doi.org/10.1016/S0065-2113(10)08002-8
Bashan, Y., de-Bashan, L. E., Prabhu, S. R., & Hernandez, J.-P. (2014). Advances in plant growth-promoting bacterial inoculant technology: Formulations and practical perspectives (1998–2013). Plant and Soil, 378(1–2), 1–33. https://doi.org/10.1007/s11104-013-1956-x
Bhattacharyya, P. N., & Jha, D. K. (2012). Plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR): Emergence in agriculture. World Journal of Microbiology and Biotechnology, 28(4), 1327–1350. https://doi.org/10.1007/s11274-011-0979-9
Cantabella, D., Dolcet-Sanjuan, R., & Teixidó, N. (2022). Using plant growth-promoting microorganisms (PGPMs) to improve plant development under in vitro culture conditions. Planta, 255(6), Article 119. https://doi.org/10.1007/s00425-022-03897-0
Chandler, D., Bailey, A. S., Tatchell, G. M., Davidson, G., Greaves, J., & Grant, W. P. (2011). The development, regulation and use of biopesticides for integrated pest management. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 366(1573), 1987–1998. https://doi.org/10.1098/rstb.2010.0390
Compant, S., Duffy, B., Nowak, J., Clément, C., & Barka, E. A. (2005). Use of plant growth-promoting bacteria for biocontrol of plant diseases: Principles, mechanisms of action, and future prospects. Applied and Environmental Microbiology, 71(9), 4951–4959. https://doi.org/10.1128/AEM.71.9.4951-4959.2005
Deguine, J.-P., Aubertot, J.-N., Flor, R. J., Lescourret, F., Wyckhuys, K. A. G., & Ratnadass, A. (2021). Integrated pest management: Good intentions, hard realities. A review. Agronomy for Sustainable Development, 41(3), Article 38. https://doi.org/10.1007/s13593-021-00689-w
dos Reis, G. A., Martínez-Burgos, W. J., Pozzan, R., Pastrana Puche, Y., Ocán-Torres, D., de Queiroz Fonseca Mota, P., Rodrigues, C., Lima Serra, J., Scapini, T., Karp, S. G., & et al. (2024). Comprehensive review of microbial inoculants: Agricultural applications, technology trends in patents, and regulatory frameworks. Sustainability, 16(19), Article 8720. https://doi.org/10.3390/su16198720
Ehler, L. E. (2006). Integrated pest management (IPM): Definition, historical development and implementation, and the other IPM. Pest Management Science, 62(9), 787–789. https://doi.org/10.1002/ps.1247
Elnahal, A. S. M., El-Saadony, M. T., Saad, A. M., Desoky, E.-S. M., El-Tahan, A. M., Rady, M. M., AbuQamar, S. F., & El-Tarabily, K. A. (2022). The use of microbial inoculants for biological control, plant growth promotion, and sustainable agriculture: A review. European Journal of Plant Pathology, 162(4), 759–792. https://doi.org/10.1007/s10658-021-02393-7
Germanà, M. A. (2011). Anther culture for haploid and doubled haploid production. Plant Cell, Tissue and Organ Culture, 104(3), 283–300. https://doi.org/10.1007/s11240-010-9852-z
Glare, T., Caradus, J., Gelernter, W., Jackson, T., Keyhani, N., Köhl, J., Marrone, P., Morin, L., & Stewart, A. (2012). Have biopesticides come of age? Trends in Biotechnology, 30(5), 250–258. https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2012.01.003
Glick, B. R. (2012). Plant growth-promoting bacteria: Mechanisms and applications. Scientifica, 2012, Article 963401. https://doi.org/10.6064/2012/963401
Herrmann, L., & Lesueur, D. (2013). Challenges of formulation and quality of biofertilizers for successful inoculation. Applied Microbiology and Biotechnology, 97(20), 8859–8873. https://doi.org/10.1007/s00253-013-5228-8
Jan, U., War, W. A., Malakondaiah, S., & Zakaria, A. T. (2025). Biotechnology: A sustainable approach to insect pest management: A review. International Journal of Agriculture and Food Science, 7(1), 89–94. https://doi.org/10.33545/2664844x.2025.v7.i1b.243
Khan, N., Ali, S., Shahid, M. A., Mustafa, A., Sayyed, R. Z., & Curá, J. A. (2021). Insights into the interactions among roots, rhizosphere, and rhizobacteria for improving plant growth and tolerance to abiotic stresses: A review. Cells, 10(6), Article 1551. https://doi.org/10.3390/cells10061551
Kloepper, J. W., Leong, J., Teintze, M., & Schroth, M. N. (1980). Enhanced plant growth by siderophores produced by plant growth-promoting rhizobacteria. Nature, 286(5776), 885–886. https://doi.org/10.1038/286885a0
Kogan, M. (1998). Integrated pest management: Historical perspectives and contemporary developments. Annual Review of Entomology, 43(1), 243–270. https://doi.org/10.1146/annurev.ento.43.1.243
Kumari, V. V., Banerjee, P., Verma, V. C., Sukumaran, S., Chandran, M. A. S., Gopinath, K. A., Venkatesh, G., Yadav, S. K., Singh, V. K., & Awasthi, N. K. (2022). Plant nutrition: An effective way to alleviate abiotic stress in agricultural crops. International Journal of Molecular Sciences, 23(15), Article 8519. https://doi.org/10.3390/ijms23158519
Li, Y., Wang, C., Ge, L., Hu, C., Wu, G., Sun, Y., Song, L., Wu, X., Pan, A., Xu, Q., Shi, J., Liang, J., & Li, P. (2022). Environmental behaviors of Bacillus thuringiensis (Bt) insecticidal proteins and their effects on microbial ecology. Plants, 11(9), Article 1212. https://doi.org/10.3390/plants11091212
Lugtenberg, B., & Kamilova, F. (2009). Plant-growth-promoting rhizobacteria. Annual Review of Microbiology, 63(1), 541–556. https://doi.org/10.1146/annurev.micro.62.081307.162918
Malusá, E., & Vassilev, N. (2014). A contribution to set a legal framework for biofertilizers. Applied Microbiology and Biotechnology, 98(15), 6599–6607. https://doi.org/10.1007/s00253-014-5828-y
Malusá, E., Sas-Paszt, L., & Ciesielska, J. (2012). Technologies for beneficial microorganisms inocula used as biofertilizers. The Scientific World Journal, 2012, Article 491206. https://doi.org/10.1100/2012/491206
Marrone, P. G. (2014). The market and potential for biopesticides. In A. D. Gross, J. R. Coats, & S. O. Duke (Eds.), Biopesticides: State of the art and future opportunities (ACS symposium series, Vol. 1172, pp. 245–258). American Chemical Society. https://doi.org/10.1021/bk-2014-1172.ch016
Mohammadabadi, M., Afsharmanesh, M., Khezri, A., Kheyrodin, H., Babenko, O. I., Borshch, O., Kalashnyk, O., Nechyporenko, O., Afanasenko, V., Slynko, V., & Usenko, S. (2025). Effect of mealworm on GBP4L gene expression in the spleen tissue of Ross broiler chickens. Agricultural Biotechnology Journal, 17(2), 343–360. https://doi.org/10.22103/jab.2025.25277.1714
Mohammadabadi, M., Akhtarpoor, A., Khezri, A., Babenko, O., Stavetska, R. V., Tytarenko, I., Ievstafiieva, Y., Buchkovska, V., Slynko, V., & Afanasenko, V. (2024a). The role and diverse applications of machine learning in genetics, breeding, and biotechnology of livestock and poultry. Agricultural Biotechnology Journal, 16(4), 413–442. https://doi.org/10.22103/jab.2025.24662.1644
Mohammadabadi, M., Kheyrodin, H., Afanasenko, V., Babenko Ivanivna, O., Klopenko, N., Kalashnyk, O., Ievstafiieva, Y., & Buchkovska, V. (2024b). The role of artificial intelligence in genomics. Agricultural Biotechnology Journal, 16(2), 195–279. https://doi.org/10.22103/jab.2024.23558.1575
Naranjo, S. E. (2010). Impacts of Bt transgenic cotton on integrated pest management. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 59(11), 5842–5851. https://doi.org/10.1021/jf102939c
Popp, J., Pető, K., & Nagy, J. (2013). Pesticide productivity and food security. A review. Agronomy for Sustainable Development, 33(2), 243–255. https://doi.org/10.1007/s13593-012-0105-x
Rehman, A., Farooq, M., Lee, D., & Siddique, K. H. M. (2022). Sustainable agricultural practices for food security and ecosystem services. Environmental Science and Pollution Research, 29(56), 84076–84095. https://doi.org/10.1007/s11356-022-23635-z
Romeis, J., Meissle, M., & Bigler, F. (2006). Transgenic crops expressing Bacillus thuringiensis toxins and biological control. Nature Biotechnology, 24(1), 63–71. https://doi.org/10.1038/nbt1180
Sahu, P. K., & Brahmaprakash, G. P. (2016). Formulations of biofertilizers – Approaches and advances. In D. Singh, H. Singh, & R. Prabha (Eds.), Microbial inoculants in sustainable agricultural productivity (pp. 179–198). Springer. https://doi.org/10.1007/978-81-322-2644-4_12
Samantaray, A., Chattaraj, S., Mitra, D., Ganguly, A., Kumar, R., Gaur, A., Mohapatra, P. K., De Los Santos-Villalobos, S., Rani, A., & Thatoi, H. (2024). Advances in microbial based bio-inoculum for amelioration of soil health and sustainable crop production. Current Research in Microbial Sciences, 7, Article 100251. https://doi.org/10.1016/j.crmicr.2024.100251
Santoyo, G., Urtis-Flores, C. A., Loeza-Lara, P. D., Orozco-Mosqueda, M. d. C., & Glick, B. R. (2021). Rhizosphere colonization determinants by plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR). Biology, 10(6), Article 475. https://doi.org/10.3390/biology10060475
Shelton, A. M., Zhao, J., & Roush, R. T. (2002). Economic, ecological, food safety, and social consequences of the deployment of Bt transgenic plants. Annual Review of Entomology, 47(1), 845–881. https://doi.org/10.1146/annurev.ento.47.091201.145309
Sivaram, A. K., Abinandan, S., Chen, C., Venkateswarlu, K., & Megharaj, M. (2023). Microbial inoculant carriers: Soil health improvement and moisture retention in sustainable agriculture. In D. L. Sparks (Ed.), Advances in agronomy (Vol. 180, pp. 35–91). Academic Press. https://doi.org/10.1016/bs.agron.2023.03.001
Thorpe, T. A. (2007). History of plant tissue culture. Molecular Biotechnology, 37(2), 169–180. https://doi.org/10.1007/s12033-007-0031-3
Vessey, J. K. (2003). Plant growth promoting rhizobacteria as biofertilizers. Plant and Soil, 255(1–2), 571–586. https://doi.org/10.1023/A:1026037216893
مجله بیوتکنولوژی کشاورزی
دوره 17، شماره 4
آبان 1404
صفحه 305-324

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار