Биологические науки/ 6. Микробиология
Соловьева Е. А., д. б.
н. Алещенкова З.М.
Институт микробиологии
НАН Беларуси, Беларусь
Технология возделывания озимой тритикале,
основанная на применении ассоциативных азотфиксирующих бактерий и арбускулярных
микоризных грибов
Бурное развитие экологического сельского хозяйства отмечается с 90-х
гг. прошлого столетия в связи с расширением спроса на экологически чистую
продукцию. Традиционная интенсивная сельскохозяйственная практика приводит к
загрязнению почвы, грунтовых вод пестицидами, тяжелыми металлами, нитратами,
снижению биоразнообразия экосистемы и другим негативным последствиям.
Органическое сельское хозяйство представляет собой отказ от «химии»
(синтетических средств защиты растений (пестицидов), регуляторов роста,
минеральных удобрений) и переход на использование биологических способов
возделывания сельскохозяйственных культур. Поэтому с каждым годом все больше
стран начинают понимать значимость органического земледелия для окружающей
среды и здоровья человека и переходят на его внедрение. Органическое земледелие
практикуют более чем в 100 странах мира на территории площадью более 30,5 млн.
га: 11,5 млн. га приходится на Австралию, затем следует Европа (6,9 млн. га),
Аргентина (3,1 млн. га) и Китай (2,3 млн. га). Италия является самым крупным
производителем органической продукции в Европе, в органическом производстве
которой задействовано 1,067 млн. га [1]. В Беларуси также расширяется
применение биологических способов производства сельскохозяйственной продукции,
направленных на повышение плодородия почв и урожайности культур, однако не так
быстро, как в других развитых странах.
Производству зерновых культур в
Беларуси уделяется приоритетное внимание. В республике под посевами тритикале,
перспективной зерновой культуры, занято более 500 тыс. га территории. Тритикале
- первая зерновая культура, искусственно созданная человеком, которая получена
при скрещивании пшеницы с рожью. Тритикале сочетает в себе ценные признаки и
свойства, присущие ржи и пшенице, а по ряду важнейших показателей, таких как
урожайность, питательная ценность продукта, способна во многих
сельскохозяйственных районах мира превосходить обоих родителей.
Одним из эффективных способов получения
экологически чистой сельхозпродукции является интродукция в ризосферу растений
полезных видов микроорганизмов. В настоящее время накоплен огромный материал о
механизмах положительного воздействия почвенных микроорганизмов на растения. К
таким механизмам относятся фиксация атмосферного азота, продуцирование биологически
активных веществ, активизация потребления корнями питательных элементов,
биоконтроль фитопатогенов и индуцирование системной устойчивости растений. Создание
микробных препаратов комплексного действия, состоящих из ассоциации
микроорганизмов, обладающих набором полезных для растений свойств, имеет
большое значение для экологически ориентированного сельского хозяйства. Известно,
что при использовании консорциума микроорганизмов, включающего азотфиксирующие
и фосфатмобилизующие микробиологические объекты, происходит стимуляция роста и
развития растений за счет дополнительных источников азота и фосфора [2, 3].
В связи с отсутствием биопрепаратов
отечественного производства для возделывания тритикале в условиях Беларуси,
исследования по разработке и освоению микробных технологий, направленных на
повышение ее урожайности, являются актуальными и своевременными. Целью нашей
работы явилось определение влияния предпосевной инокуляции семян бактериально-грибным
консорциумом, включающим ассоциативный азотфиксирующий штамм Agrobacterium sp. 17 и субстратно-корневой инокулюм
арбускулярных микоризных грибов, на формирование урожая озимой тритикале.
Исследования проводили в
мелкоделяночном опыте, заложенном в 2008-2009 г на биологической опытной
станции Института генетики и цитологии НАН Беларуси, с озимой тритикале сорта
Михась. Норма высева семян - 140 шт/делянку. Размер делянки – 1 м2,
повторность – трехкратная. Почва опытного участка дерново-подзолистая, имеющая
следующую агрохимическую характеристику: рН – 6,2; гумус – 1,9-2,0%; Р2О5
– 17,0-20,0 мг/100 г; К2О
– 19,0-22,0мг/100 г почвы; предшественник – редька масличная в качестве
сидерата.
Ассоциативный азотфиксирующий штамм Agrobacterium sp. 17, обладающий высокой
нитрогеназной и антагонистической активностями, ростстимулирующим действием в
отношении различных сельскохозяйственных культур, способностью к биосинтезу
ауксинов (индолил-3-уксусная кислота), использовали для бактеризации семян
тритикале. Титр клеток жидкого инокулянта на основе Agrobacterium
sp.
17 составлял не менее 2,5 млрд./мл. Проведена дополнительная предпосевная обработка
семян субстратно-корневым инокулюмом, полученным при культивировании АМГ,
выделенных из агроценоза тритикале, в двучленной горшечной культуре
(плектрантус-гриб). Инокулированные семена высевали в почву в день обработки. В
контроле семена ничем не обрабатывали. Влияние предпосевной обработки семян АМГ
и ассоциативным азотфиксатором Agrobacterium sp.17
на рост, развитие и продуктивность тритикале изучали в течение осенне-летней
вегетации растений на естественном фоне без внесения минеральных и органических
удобрений. Наблюдения за развитием растений тритикале проводили на стадии всходов,
стеблевания, колошения и созревания семян. Нитрогеназную активность в ризоплане
растений тритикале определяли ацетиленовым методом на стадиях стеблевания,
цветения и созревания семян [4]. Статистическая
обработка результатов полевого опыта проводилась по Доспехову [5].
Установлено, что применение
предпосевной инокуляции семян озимой тритикале сорта Михась АМГ и ассоциативным
азотфиксатором Agrobacterium sp.17 стимулировало рост и
развитие растений на всех изучаемых стадиях вегетации зерновой культуры.
Максимальный ростстимулирующий эффект отмечен при совместной обработке семян
тритикале бактериально-грибным консорциумом (таблица 1).
Таблица
1. Влияние предпосевной инокуляции семян ассоциативным азотфиксатором Agrobacterium sp.17 и АМГ на рост и
развитие растений на стадиях всходов, стеблевания и колошения озимой тритикале
сорта Михась
|
Вариант опыта |
Всходы |
Стеблевание |
Колошение |
|||||
|
Высота растений, см |
Сырой вес растения с корнями, г |
Высота растений, см |
Сырая зеленая масса, г |
Сухая зеленая масса, г |
Высота растений, см |
Сырая зеленая масса, г |
Сухая зеленая масса, г |
|
|
Контроль |
11,2±0,7 |
1,45±0,17 |
38,5±1,8 |
2,18±0,21 |
0,63±0,08 |
54,9±3,0 |
4,7±0,59 |
1,26±0,19 |
|
Agrobacterium sp. 17 |
11,8±0,3 |
1,64±0,15 |
40,1±2,3 |
2,68±0,29 |
0,76±0,12 |
65,0±2,5 |
7,2±0,38 |
1,95±0,10 |
|
АМГ |
12,4±0,7 |
1,59±0,15 |
40,5±2,7 |
3,62±0,58 |
0,89±0,13 |
71,9±3,9 |
8,0±0,38 |
2,17±0,11 |
|
Agrobacterium sp. 17+АМГ |
12,6±1,0 |
1,68±0,18 |
44,5±1,7 |
3,64±0,42 |
0,97±0,16 |
73,8±4,7 |
8,8±0,81 |
2,35±0,22 |
Необработанные
(контрольные) растения отставали по высоте в среднем на 20,8% от таковых в
варианте с совместной обработкой семян тритикале за весь изучаемый период.
Моноинокуляция семян ассоциативным азотфиксатором Agrobacterium
sp.17
или АМГ также положительно влияла на развитие растений, однако высота растений в
среднем на 5,7% была ниже, чем при совместной обработке семян. На стадии
всходов сырой вес растения с корнями за счет совместной обработки семян
тритикале увеличился на 15,9% по сравнению с растениями в контроле. При совместном применении Agrobacterium sp.17 и АМГ сырая/сухая
зеленая масса растений превышала необработанные растения в среднем на 67,0/54,0%
(стадия стеблевания) и 87,2/86,5%
(стадия колошения), а при моноинокуляции Agrobacterium sp.17 или АМГ – в среднем
на 46,8/31,7% (стадия стеблевания) и 61,7/63,5% (стадия колошения).
В период стеблевания, цветения и
созревания семян тритикале было проведено определение азотфиксирующей
активности в ризоплане растений контрольных и опытных вариантов. Инокуляция
тритикале бактериальной суспензией Agrobacterium sp. 17
повысила азотфиксирующую активность в фазе стеблевания в 1,2 раза, а совместная
инокуляция – в 1,3 раза, по сравнению с необработанными растениями. Более
интенсивно азотфиксация протекала в фазу цветения, что объясняется наступлением
периода наиболее активного развития растений.
На данной стадии применение совместной обработки семян тритикале Agrobacterium sp. 17 и АМГ способствовало
увеличению азотфиксирующей активности в 5,7 раза по сравнению с контролем, что
объясняется усилением взаимодействий между растениями и
микроорганизмами-интродуцентами вследствие увеличения фотосинтетической
активности и количества легкодоступного энергетического материала. По мере
созревания тритикале уровень азотфиксации постепенно снижался.
Основными показателями эффективности
применения предпосевной инокуляции семян тритикале бактериальной суспензией Agrobacterium sp. 17 и АМГ являются урожайность
и элементы структуры урожая (таблица 2). Структура урожая – это состав
слагающих его частей после созревания. Для зерновых культур большое значение
имеют озерненность колоса и масса 1000 зерен.
Таблица 2. Влияние предпосевной обработки семян ассоциативным
азотфиксирующим штаммом Agrobacterium sp. 17
и АМГ на урожайность озимой тритикале сорта Михась и основные элементы структуры
урожая
|
Вариант опыта |
Урожайность, ц/га |
Прибавка |
Длина стебля, см |
Масса зерна главного колоса, г |
Масса 1000 зерен, г |
|
|
ц/га |
% |
|||||
|
Контроль |
31,2 |
- |
- |
89,5±1,6 |
2,19±0,20 |
43,7±3,2 |
|
Agrobacterium sp. 17 |
35,4 |
4,2 |
13,5 |
92,1±2,0 |
2,86±0,16 |
48,5±2,8 |
|
АМГ |
34,5 |
3,3 |
10,6 |
89,9±1,7 |
2,68±0,24 |
48,2±3,4 |
|
Agrobacterium sp. 17+АМГ |
35,7 |
4,5 |
14,4 |
90,7±1,8 |
2,99±0,31 |
50,3±3,1 |
|
НСР0,5 |
|
1,8 |
|
|
|
|
Во всех вариантах опыта получена
статистически достоверная прибавка урожая в сравнении с контролем. Совместная
инокуляция семян азотфиксирующим штаммом Agrobacterium
sp. 17
и АМГ привела к повышению урожая тритикале на 14,4%. В варианте с монообработкой
семян Agrobacterium sp. 17 или АМГ показатель
урожайности составил в среднем 35,0 ц/га, превысив контрольный вариант на 3,8
ц/га. Повышение урожая зерна связано с увеличением массы 1000 зерен.
Максимальный вес 1000 зерен отмечен при совместной обработке семян и составил 50,3 г. Применение азотфиксирующих и фосфатмобилизующих
микроорганизмов для предпосевной инокуляции семян тритикале способствовало
увеличению массы зерна главного колоса на 36,5%. Длина стебля растений
незначительно отличалась по вариантам.
Таким
образом, данные, полученные в мелкоделяночном опыте, свидетельствуют об
эффективности предпосевной инокуляции семян озимой тритикале ассоциативным азотфиксатором Agrobacterium
sp. 17
и субстратно-корневым инокулюмом АМГ. Совместная обработка семян вышеуказанными
микроорганизмами, способствующая повышению урожайности на 14,4% без внесения
минеральных удобрений, является перспективной ресурсосберегающей и экологически
безопасной технологией возделывания озимой тритикале сорта Михась.
Литература
1.
Кантемиров, Р.Ф. Организационно-экономические аспекты производства
экологической сельскохозяйственной продукции в мире: автореф. дис. … канд.
экон. наук: 08.00.14 / Р.Ф. Кантемиров; Всерос. НИИ экономики сельского
хозяйства РАСХН. – М., 2007. – 23 с.
2.
Взаимоотношения бактерий рода Pseudomonas
и эндомикоризного гриба Glomus intraradices в ризосфере сорго /
Лабутова Н.М. [и др.] // Микология и фитопатология. – 2006. - т. 40 вып. 1. –
С. 66-73.
3.
Белимов, А.А. Взаимодействие ассоциативных бактерий и эндомикоризного гриба с
ячменем при совместной инокуляции / А.А. Белимов, Н.В. Серебренникова, В.В.
Степанок // Микробиология. – 1999. - т. 68, №1. – С. 122-126.
4. Умаров, М.М. Ацетиленовый метод изучения
азотфиксации в почвенно-микробиологических исследованиях / М.М. Умаров //
Почвоведение. – 1976. – № 11. – С. 119–123.
5.
Доспехов, Б.А. Методика полевого опыта / Б.А. Доспехов; под ред. В.Е Егорова. –
М.: Колос, 1965. – 423 с.