Bachelor's Thesis

New trends in research and development of agricultural bioinoculants

Final Thesis 2.42 MB

Author of thesis: Bc. Martin Roháč

Acad. year: 2024/2025

Supervisor: doc. Ing. Petr Sedláček, Ph.D.

Reviewer: Ing. Michal Kalina, Ph.D.

Abstract:

This thesis focuses on the use of carrier systems of microorganisms within agronomic applications, focusing on bio-based fertilizers. The creation of alternative, living organism-based fertilizers is gaining more and more attention due to harmful effects of traditional fertilizers. The aim of the presented work was to prepare and design a suitable bioinoculant from the microorganism Azotobacter vinelandii, belonging to the so-called PGPR (plant growth-promoting rhizobacteria) group of microorganisms. Preparation of the bioinoculant was performed by a wet procedure involving chemical cross-linking of alginate, which is an extracelular product of A. vinelandii metabolism, with calcium chloride. Bioinoculants consisting of lyophilized strains of the desired microorganism were prepared in parallel. These bioinoculants were applied to a model plant Lactuca sativa (lettuce) to evaluate their impact on seed germination over a two-week period. During optimization, it was observed that thie initial calcium chloride chloride (2 % w/w) negatively affected germination, promting the investigation of lower concentrations in subsequent formulations. Additional experiments assessed PGPR activity and quantified indole-3-acetic acid (IAA) production. Morphological observation of the seed surface layers was made at the end of the experiment using scanning electron microscopy (SEM). The novelty of this work lies in the refined bioinoculant production process and the direct validation of its biological efficacy on a model plant, establishing a foundation for further agricultural applications and research.

Keywords:

Azotobacter vinelandii, bioinoculant, gel inoculant, lyophilized cultures, Plant Growth-Promoting Rhizobacteria, calcium chloride.

Date of defence

10.06.2025

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

1. Student seznámil členy komise s náplní a cílem bakalářské práce. 2. Byly přečteny posudky na bakalářskou práci. 3. Student akceptoval všechny připomínky oponenta a na všechny otázky odpověděl v plné šíři. Diskuse: prof. RNDr. Ivana Márová, CSc. Jaké byly podmínky sterility? Byly agarový gel dostatečně řídký? Zmínil jste, že jste měřili kořen a poté nadzemní část, můžete to objasnit? Jak byla měřena nadzemní část, pokud rostlina rostla na misce? Jak byly dlouhé stonky ve srovnání s kořeny? Jak vypadá klasické semínko salátu? Jak by probíhala aplikace v praxi? prof. Mgr. Václav Brázda, Ph.D. Co bylo hlavní závěrem Vaší práce? Měly bioinukolanty významný vliv na klíčivost semen? Proč jste volil právě salát? Student odpověděl na všechny doplňující otázky členů komise, které byly v průběhu diskuse k dané problematice vzneseny. V diskusi student prokázal výbornou orientaci v dané problematice. Po diskusi následovalo hodnocení závěrečné práce. Student prokázal nejen výborné odborné znalosti, ale i schopnost samostatné prezentace dosažených výsledků.

Language of thesis

Slovak

Faculty

Department

Study programme

Chemistry for Medical Application (BPCP_CHMA)

Composition of Committee

prof. RNDr. Ivana Márová, CSc. (předseda)
doc. Ing. Filip Mravec, Ph.D. (místopředseda)
prof. Mgr. Václav Brázda, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Pavel Diviš, Ph.D. (člen)
doc. RNDr. Renata Mikulíková, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Eva Vítová, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Petr Sedláček, Ph.D.

Martin Roháč se ve své bakalářské práci zaměřil na rozšíření tématu vývoje gelových zemědělských bioinokulantů, které je aktuálně intenzivně řešeno na FCH VUT, o pilotní experimenty zaměřené na nanášení těchto materiálů přímo na osivo. Téma práce je multidisciplinární a kladlo na studenta poměrně velké nároky, ať už co se týká nutnosti teoreticky se zorientovat v rozmanitých tématech s prací souvisejících, tak také prakticky zvládnout řadu náročných experimentálních a laboratorních postupů (kultivace PGPR, enkrustace osiva, testy bioaktivity). Rád konstatuji, že Martin ve všech těchto úkolech obstál na výbornou. Po celou dobu řešení práce byl aktivní, iniciativní a spolehlivý. Přestože byla experimentální část práce časově náročná, Martin vždy realizoval domluvené experimenty bez zbytečných prodlev a aktivně přistupoval také ke konzultování získaných výsledků. Díky tomu dle mého názoru předložená bakalářská práce představuje velmi slibný odrazový můstek pro další vývoj těchto zajímavých zemědělských materiálů na FCH. S Martinovou prací jsem byl velmi spokojen a proto předloženou bakalářskou práci doporučuji k obhajobě s hodnocením „Výborně (A)“.
Evaluation criteria Grade
Kvalita zpracování výsledků A
Interpretace výsledků, jejich diskuse A
Závěry práce a jejich formulace A
Využívání konzultací při řešení práce A
Celkový přístup k řešení úkolů A
Splnění požadavků zadání A
Studium literatury a její zpracování A
Využití poznatků z literatury A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Michal Kalina, Ph.D.

Bakalářská práce Martina Roháče se věnuje vysoce aktuální a aplikačně zajímavé problematice přípravy nosičů mikroorganismů pro zemědělské aplikace, konkrétně pro aplikaci na semena hlávkového salátu (Lactuca sativa). Student se v rámci práce zabývá vlivem počtu aplikovaných vrstev na klíčivost semen, zkoumá účinek iontové síly a dále ověřuje PGP (plant growth promoting) efekty rhizobakterií, které tvoří součást obalové vrstvy semen. Součástí práce je i velmi inovativní metodika sledování klíčení semen v agarozovém hydrogelu, kterou jako oponent hodnotím jako mimořádně zdařilou a přínosnou. Je nutné zdůraznit, že rozsah i množství realizovaných experimentů svědčí o značné časové i experimentální náročnosti, s níž se student musel vypořádat. Ovšem v tomto ohledu musím konstatovat, že tento poměrně náročný úkol zvládl na výbornou.
Práce o rozsahu 54 stran textu a 7 stran příloh je po formální stránce správně strukturována: úvod (1 str.), teoretická část (10 str.), rešerše aktuální literatury (1 str.), experimentální část (10 str.), výsledky a diskuse (38 str.), závěr (2 str.). Student při zpracování využil 78 literárních zdrojů (69 odborných, 8 internetových, 1 šedá literatura), což je nadstandardní počet a svědčí to o jeho pečlivosti i dobré orientaci v odborné literatuře. Citace jsou až na drobné výjimky správně vygenerovány dle ČSN ISO 690. Text práce je psán čtivě, bez výrazných typografických nebo gramatických nedostatků. Lze doporučit drobná vylepšení formální úpravy (nadpisy číslovat pouze do 3. úrovně, závorky by měly být vždy rovným řezem písma).
V teoretických částech student přehledně definuje rhizobakterie podporující růst rostlin (PGPR), popisuje jejich působení v půdě, zabývá se přípravou nosičů a způsoby aplikace. Nicméně hlavní přínos práce spatřuji v experimentální části a zpracování výsledků. Student zde přehledně prezentuje jednotlivé optimalizační experimenty a přináší velmi zajímavá data. Jako jedinou drobnou výtku uvádím místy nedostatečný nebo nejednoznačný popis některých experimentálních postupů a způsobu zpracování dat (např. jak bylo prováděno měření a snímání růstu rostlin v kulatých zkumavkách; jak bylo zajištěno, že agarozový gel během focení nevysychal; jak konkrétně probíhala sterilizace agaru při 121 °C a tlaku 2 MPa – viz otázky oponenta 1 a 2). Na druhou stranu je třeba říci, že interpretace výsledků práce je velmi kvalitní – student data vhodně komentuje a logicky z nich vyvozuje závěry, k nimž nemám žádné zásadní připomínky.
Bakalářská práce Martina Roháče představuje kvalitní závěrečnou práci. Věřím, že získaná experimentální data a poznatky významně obohatí výzkum Bikoloidního týmu na FCH VUT v Brně v oblasti sledování vlivu aplikace půdních podpůrných látek na klíčení a růst modelových rostlin. Práce naplnila všechny cíle definované v jejím zadání, doporučuji ji k obhajobě a navrhuji její hodnocení stupněm „výborně“ (A).
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Logické členění práce A
Kvalita zpracování výsledků B
Interpretace výsledků, jejich diskuse A
Využití literatury a její citace A
Úroveň jazykového zpracování A
Formální úroveň práce – celkový dojem A
Závěry práce a jejich formulace A
Topics for thesis defence:
  1. 1) V rámci zpracování výsledků týkajících se vlivu obalení semen salátu na jejich klíčení a růst v agarovém hydrogelu student několikrát uvádí, že z analýzy byly vyloučeny odlehlé hodnoty. Jaký konkrétní postup byl při identifikaci těchto hodnot zvolen? Byl použit některý ze statistických modelů či metod pro jejich systematické vyhodnocení?
  2. 2) Jakým způsobem bylo technicky řešeno snímání vzorků klíčících semen v agarozovém hydrogelu uložených v kulatých zkumavkách? Zejména – jak byla optimalizována pozice fotoaparatu, aby nedocházelo ke zkreslení měřítka umístěného za zkumavkami v důsledku mírně odlišného úhlu snímání?
  3. 3) V části práce zaměřené na hodnocení účinku půdních mikroorganismů (produkce sideroforů a solubilizace fosfátů) autor zmiňuje možnou mikrobiální kontaminaci semen jako pravděpodobný důvod, proč testy vykázaly srovnatelné výsledky u obalených i neobalených variant. Jaký postup by student zvolil v budoucnu, aby tento rušivý vliv eliminoval a mohl jednoznačněji posoudit účinek aplikovaných rhizobakterií?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová