Растение и почва. Рубрика в журнале - Сельскохозяйственная биология
Статья научная
Развитие современного сельского хозяйства направлено на получение стабильно высоких урожаев и производство семян высокого качества. В связи с этим разрабатываются прецизионные агротехнологии, выравнивающие почвенные условия. Индивидуальные фенотипические характеристики растений определяются локальными почвенными условиями вблизи корневых систем. Так, дисперсия высот растений зависит от пространственного распределения энергетических ресурсов и питательных веществ в почве и ограничивается генетической нормой. Она может уменьшаться, когда почвенные условия выравниваются. Мы предположили, что эффект микробиологического выравнивания почвенных условий (МВПУ) наблюдается при деструкции растительных остатков с использованием микробного препарата. До настоящего времени исследования в этом направлении не проводились. В представленной работе были получены практически значимые результаты благодаря использованию оригинального фрактального анализа молекулярно-генетических частотных данных для почвенных микробных сообществ. Нашей целью стало экспериментальное и теоретическое изучение МВПУ эффекта, возникающего после деструкции растительных остатков с использованием микробных препаратов, разработанных во Всероссийском НИИ сельскохозяйственной микробиологии. В I опыте (2011-2014 годы) изучали дисперсию высот растений ячменя после деструкции соломы ячменя препаратом баркон. Во II опыте использовали данные молекулярно-генетического анализа почвенных микробных сообществ после деструкции растительных остатков тремя микробными препаратами (баркон, багс и омуг). Препарат баркон содержал консорциум бактерий и грибов; багс представлял собой консорциум целлюлозолитических микроорганизмов, полученный на основе биологически активного грунта; омуг - микробное удобрение, полученное после биотехнологической переработки птичьего помета. Функциональную активность микробных сетей, возникающих при деструкции растительных остатков с использованием микробных препаратов, изучили с помощью фрактального анализа молекулярно-генети-ческих данных микробных сообществ в почве. Мы получили фрактальный таксономический портрет микробных сообществ и индекс эффективности функционирования микробных сетевых образований, которые были сформированы во время деструкции растительных остатков. Использование баркона для деструкции растительных остатков в I опыте привело к постепенному выравниванию почвенных условий и уменьшению дисперсии высот растений. Без применения препарата дисперсия высот растений возрастала с каждым годом. Следовательно, микробные препараты могут инициировать эффективные микробные сети, которые способны сохранить энергетические ресурсы и питательные вещества, распределив их равномерно в почве. Молекулярно-генетические данные II опыта подтвердили, что эффективность функционирования микробных сетей после использования баркона, багса и омуга значительно увеличивалась за счет лучшей организации деструктивных процессов. Таким образом, деструкция растительных остатков с помощью биопрепаратов - необходимое и эффективное дополнение современных агротехнологий. Она приводит к восстановлению необходимого количества энергетических ресурсов и питательных веществ в почве, выравниванию ресурсов в почвенном пространстве, повышению устойчивости урожайности и улучшению качества получаемой растительной продукции.
Бесплатно
Статья научная
Посттехногенные экосистемы - удобная модель для изучения процессов начального почвообразования и восстановления экосистем. Их можно рассматривать как естественные модели восстановления микробных сообществ во времени (временные ряды и хроносерии). Исследование разновозрастных стадий почвообразования на отвалах карьеров разного типа позволяет получить фактическую информацию о скорости и направленности почвообразования в разнообразных субстратно-фитоценотических комбинациях. Среди карьеров нерудных полезных ископаемых особенное место в структуре горной добыче на Северо-Западе занимают участки по добыче известковых пород, приуроченные к Ижорской возвышенности. Целью настоящей работы было изучение динамики фитоценозов и почвенного микробиома в процессе сукцессии на отвалах различного возраста при естественном самозарастании и рекультивации известнякового карьера. Исследование проводили на карьере Печурки (Сланцевский р-н, Ленинградская обл.) весной и летом 2016 года. Проективное покрытие растительности и видовой состав оценивали на каждом экотопе карьера...
Бесплатно
Статья научная
Ризосферный эффект (изменение состава сообщества микроорганизмов под действием корневой экссудации растений) широко освещен в научной литературе. Убедительно показана его зависимость от таких внешних факторов, как тип почвы, вид и сорт растения и т.д. Задачей настоящей работы стало изучение влияния типа почвы и вида растения на ризосферный эффект при помощи современных методик высокопроизводительного секвенирования. Эта проблема неоднократно рассматривалась иностранными коллегами, однако подобное исследование на российских почвах и культурах, используемых в отечественной агропромышленности, было поведено впервые. В работе использовались две контрастные по агрохимическим показателям почвы - чернозем (Воронежская обл.) и дерново-подзолистая почва (Псковская обл.). Семена ржи (Secale cereale L., к-6469 по каталогу ВИР, местный сорт, используемый в Псковской области) и пшеницы (Triticum aestivum L., сорт Волшебница, к-54609 по каталогу ВИР) (получены из коллекции ВИР, г. Санкт-Петербург) выращивали в вегетационном домике на обеих почвах в течение 42 сут. Используя NGS-секвенирование V4 вариабельного участка гена 16S-рДНК, про-анализировали состав сообществ микроорганизмов исходных почв и сформированных на них ризосфер. Несмотря на небольшую длительность эксперимента, в обеих почвах был выявлен выраженный ризосферный эффект. Наиболее сильным фактором оказался тип почвы. Сообщества исходных почв, а также различные ризосферные сообщества, сформированные на этих почвах, достоверно отличались друг от друга. Для обеих почв показано сохранение этой закономерности при формировании ризосферных сообществ микроорганизмов у ржи и пшеницы. Вид растения был вторым по значимости (после типа почвы) фактором, определяющим таксономический состав ризосферного микробиома. У ржи сообщества ризосферы в целом оказались несколько ближе к сообществам исходных почв, чем у пшеницы. Также сообщества ризосфер ржи на дерново-подзолистой почве, по данным кластерного анализа, близки по структуре к сообществам исходной почвы. Таксономический микробиомный анализ сообществ на уровне фил позволил выявить группы, в наибольшей степени ответственные за ризосферный эффект. Формирование ризосферных сообществ сопровождалось увеличением количества последовательностей, характерных для класса Betaproteobacteria, при снижении числа представителей филы Verrucomicrobia. Сочетание особенностей дерново-подзолистой почвы и выращиваемой на ней пшеницы приводит к значительным изменениям в сообществе. По результатам всех анализов эти сообщества существенно отличаются от сообществ исходной почвы и ризосферы ржи на дерново-подзолистой почве. Возможно, это связано с увеличением доли бактерий из рода Flavobacterium (фила Bacteroidetes) в указанных сообществах. Таким образом, при помощи метода высокопроизводительного секвенирования, обладающего высокой разрешающей способностью и возможностью исследовать в том числе некультивируемые формы микроорганизмов, было наглядно показано наличие ризосферного эффекта при выращивании культурных сортов растений, а также продемонстрированы особенности взаимодействия отдельных формирующих его факторов. Однако для подтверждения ризосферного эффекта, а также более подробного исследования механизмов, лежащих в его основе, необходимо дополнить проведенный нами таксономический анализ исследованиями, характеризующими связь структуры ризосферного микробиома с составом растительных экссудатов. Для этого запланировано проведение ряда модельных экспериментов по внесению в почву веществ, входящих в состав корневых экссудатов исследуемых сортов ржи и пшеницы.
Бесплатно
Статья научная
Чайное растение [ Саmelliasinensis (L.) O. Kuntze] в условиях Черноморского побережья России и в ряде других регионов мира (Китай, Индия) сталкивается с сезонными проявлениями дефицита воды, приводящими к существенной потере урожайности - по данным разных авторов до 40-50 % (M. Mukhopadhyay с соавт., 2014; Л.С. Малюкова, 2014). В этой связи проводятся исследования по изучению физиолого-биохимических механизмов устойчивости растений чая к дефициту воды, эффективности различных экзогенных индукторов, ведется селекционный поиск более засухоустойчивых сортов. Значительный интерес исследователей связан с изучением экзогенного применения кальция, который служит посредником в передаче сигнала внутри клетки при синтезе стрессорных белков, обеспечивающих устойчивость к неблагоприятным факторам среды, а также последующий выход из этого состояния (X.Y. Gao с соавт., 1999; M.Y. Shu с соавт., 2000). Показано влияние кальция на снижение окислительных повреждений у различных растений (в том числе чая) при засухе посредством индуцирования антиоксидантной системы (X.Y. Gao с соавт., 1999; М. Ли с соавт., 2004; С.С. Медведев, 2005; H. Upadhyaya с соавт., 2012; Е.Г. Рихванов с соавт., 2014). В России впервые в условиях полевого опыта изучено влияние корневого применения кальция на функциональное состояние растений чая и режим их питания в условиях недостаточного водообеспечения. Кальций вносили в почву в форме природного удобрения (глинисто-известковое вещество с содержанием СаО 40 %) в дозе 100 кг/га д.в. (CaO) на фоне макроудобрений (N240P70K90) (контроль - только N240P70K90). В летние периоды наибольшей напряженности по влагообеспеченности (конец июля-август) изучали динамику каталазной активности зрелых листьев и 3-листных флешей, рН клеточного сока, водообеспеченность и водоотдачу, а также химический состав растений и почв. Установлено, что под влиянием кальция в стрессовый период происходило повышение активности каталазы в зрелых листьях (на 10-19 мл О2/г за 3 мин в разные периоды), снижение водоотдачи (в среднем на 20 %), в меньшей степени выраженное подщелачивание клеточного сока (на 0,05-0,07 ед.), а также существенный (на 27-33 %) прирост урожайности, демонстрирующий их более стабильное функциональное состояние как во время стресса, так и в течение последующей регидратации. Каталазная активность флешей (в меньшей степени - зрелых листьев) коррелировала с рН клеточного сока (соответственно r = 0,93 и r = 0,53), что определяло его регулирующую роль в формировании оксидативного статуса чайного растения. Более адаптированная перестройка растений к экстремальным условиям и последующее их эффективное восстановление происходили за счет влияния кальцийсодержащих удобрений на катионообменный состав почвенного поглощающего комплекса в направлении повышения содержания обменного кальция (в 1,5-3 раза) при сохранении калийного статуса и последующего скоординированного поглощения растениями основных биогенных элементов, обеспечивающего более эффективное поступление калия и кальция по сравнению с азотом и фосфором.
Бесплатно
Статья научная
Медь - один из необходимых микроэлементов для животных и растений. Она играет важную роль в ряде физиологических процессов, однако становится токсичной для растений при поступлении в высоких концентрациях. Актуальность работ по определению оптимального и критического содержания меди в почвах, особенно при производстве сельскохозяйственной продукции, обусловлена постоянным техногенным загрязнением почв тяжелыми металлами. Увеличение содержания меди в почвах может привести к изменению биохимических процессов в растениях, изменению их морфологи и, в конечном счете, к снижению продуктивности. Построение сложных динамических моделей поступления тяжелых металлов в растения не всегда оправдано, так как большинство коэффициентов может быть получено только в лабораторных экспериментах в условиях, которые сильно отличаются от естественных. В нашем эксперименте показано, что можно определять оптимальные и критические уровни загрязнения почв тяжелыми металлами, анализируя динамику их накопления в разных частях растений...
Бесплатно
