Агротехнологические основы создания усовершенствованных форм микробных биопрепаратов для земледелия

Микробные биопрепараты — экономически выгодный и экологически чистый способ повышения продуктивности растений (1-5). Особенно значимы преимущества использования микробно-растительных симбиозов в обеспечении растений азотом.

Процесс получения и применения минеральных азотных удобрений чрезвычайно энергоемок: на него расходуется до 50 % всей энергии АПК. Решить проблемы энергосбережения невозможно без использования более дешевого и экологически безопасного биологического азота (6-9).

Практика инокуляции семян известна уже более 100 лет. Препараты на основе клубеньковых бактерий выпускались в различных формах: почва, в которую были внесены клубеньковые бактерии, препараты на ос-

Работа поддержана МЦП ЕврАзЭС «Инновационные биотехнологии», Государственный контракт ¹ 14.М04.12.0011.

нове торфов (стерильных и нестерильных) и на твердых носителях (перлит, вермикулит, древесная или кокосовая стружка), пастообразные, гелеобразные и жидкие препараты (10-15).

Основные проблемы, сдерживающие широкое использование большинства землеудобрительных биопрепаратов, заключаются в отсутствии удобных для применения, технологичных в производстве и недорогих форм на базе не образующих споры ризосферных микроорганизмов. Культивирование и длительное сохранение последних в живом виде связано с определенными технологическими сложностями.

Наиболее перспективна, технологична и экономична жидкая форма инокулянтов, которая представляет собой питательную среду с выращенными в ней клубеньковыми бактериями. Ее производство позволяет упростить технологический процесс за счет исключения стадий подготовки субстратов и их инокуляции (16, 17).

Питательные среды из натуральных продуктов очень сложны и меняются в зависимости от качества и происхождения исходного сырья. Эта технология была разработана несколько десятков лет назад, и самый большой ее недостаток состоит в том, что жидкая форма препаратов имеет короткий срок хранения. В условиях жидкой культуры титр бактерий начинает резко снижаться уже через 10-15 сут (18).

Целью настоящей работы было создание эффективных и технологичных в производстве и применении землеудобрительных биопрепаратов для широкого круга сельскохозяйственных культур (зерновых, зернобобовых, кормовых, овощных) и сравнительная оценка эффективности традиционных и новых форм биопрепаратов в различных агроэкологических условиях.

Методика. Объектами исследования служили клубеньковые бактерии козлятника ( Rhizobium galegae ), сои ( Bradyrhizobium japonicum ) и ассоциативные ризобактерии ( Arthrobacter mysorens , Azospirillum brasilense , Agrobacterium radiobacter ), а также растения сои ( Glycine max ), ячменя ( Hordeum L.). В качестве носителей бактерий использовали гамма-стерильный торф, стерильный вспученный вермикулит и жидкие среды на основе компонентов растительного или синтетического происхождения с внесением стабилизирующих и питательных добавок (гуматы, глицерин, сорбат калия, карбоксиметилцеллюлоза — КМЦ и др.).

Исследования проводили на базе учреждений Географической сети опытов с землеудобрительными биопрепаратами в различных агроэкологических условиях.

Полевые опыты закладывали в Ленинградской (Санкт-Петербургский государственный аграрный университет — ГАУ; люцерна изменчивая Medicago varia L. сорта Агния), Ростовской (Донской ГАУ; соя Glycine max L. сорта Вилана), Брянской (Брянский государственный университет — ГУ; ячмень Hordeum L. сорта Зазерский 85), Орловской (Всероссийский НИИ зернобобовых культур; соя Glycine max L. сорта Ланцетная), Томской областях (Томский ГУ; люцерна посевная Medicago sativa L., люцерна хмелевидная M. lupulina L. и козлятник восточный Galеga ori-entalis L.) и Красноярского края (Красноярский ГАУ; соя Glycine max L. сорта СИБНИИК 315).

В экспериментах использовали производственные и перспективные штаммы клубеньковых бактерий, выделенные из почв и клубеньков растений разных регионов мира, а также ассоциативные азотфиксирующие бактерии, выделенные из различных почв и ризосферы растений (19).

В условиях Ленинградской области оценивали эффективности препаратов на основе производственных перспективных штаммов клубенько-370

вых бактерий люцерны. Эксперименты проводили на опытном поле Санкт-Петербургского ГАУ на дерново-подзолистой (pH 5,9; содержание гумуса 2,4 %) и дерново-карбонатной (pH 6,5; содержание гумуса 2,8 %) окультуренных почвах.

В качестве инокулянтов использовали штаммы клубеньковых бактерий Sinorhizobium meliloti — производственные (415б, 425а) и перспективные (А-3, А-4, А-5, А-6) из коллекции Всероссийского НИИ сельскохозяйственной микробиологии (г. Санкт-Петербург).

Семена перед посевом скарифицировали и инокулировали микробными препаратами согласно схеме опыта. Посев рядовой с шириной междурядий 30 см. При проведении исследований удобрения не применялись. Люцерна изменчивая возделывалась по общепринятой для Ленинградской области технологии.

Полученные данные обрабатывали с использованием дисперсионного и многофакторного анализа (20).

Результаты. В предыдущих исследованиях были подобраны оптимальные соотношения различных питательных и защитных компонентов, благодаря чему срок хранения препаратов при пониженной температуре мог достигать 2 мес.

Растительные питательные среды (бобовые отвары) не обеспечивали требуемого качества препаратов (табл. 1). Использование бобовой среды для культивирования клубеньковых бактерий позволяло получить нужный титр бактерий в препарате, однако их численность довольно быстро уменьшалась. Начальный титр жидких препаратов клубеньковых бактерий сои составлял 3,1-4,5 млрд КОЕ/мл, а спустя 2 мес число бактерий снижалось в 2 раза — до 1,7-2,1 млрд КОЕ/мл. Через 3 мес титры препаратов резко падали до 3,1-6,1 млн КОЕ/мл и продолжали уменьшаться с высокой скоростью. Кроме того, препараты, полученные на бобовом отваре, через 2-3 мес после начала хранения теряли свое качество из-за развития в них посторонней микрофлоры.

1. Титр (½10⁶ КОЕ/мл) жидких препаратов на основе клубеньковых бактерий козлятника ( Rhizobium galegae , штамм 912) при добавлении различных компонентов в бобовую среду и разных температурах хранения (лабораторный опыт)

Вариант	Срок хранения, температура
	2 нед		4 нед		8 нед
	18-21 °С |	4-6 ° С	18-21	’С | 4-6 ° С	18-21 °С |	4-6 ° С
Контроль	610	3400	61	740	34	8
Гуматы, 1 %	830	7100	360	62	41	47
Глицерин, 1 %	2300	1200	410	820	57	450
Глицерин, 2 %	1200	760	80	300	20	300
Глицерин, 1 % + гуматы, 1 %	430	210	31	140	4,3	100
Сорбат калия, 1 %	4100	3200	150	1800	110	1200
Сорбат калия, 2 %	730	2700	28	650	14	300
Карбоксиметилцеллюлоза, 1 %	810	2800	210	280	67	780
Сoрбат калия, 1 % + карбокси-метилцеллюлоза, 1 %	1200	1400	340	440	60	840
НСР 05	36,7	94,2	31,0	47,0	6,1	36,4

За последние годы разработан абсолютно новый тип сред для культивирования полезных микроорганизмов — синтетические (21, 22). Их готовят из химически чистых органических и неорганических соединений, взятых в точно указанных концентрациях. Важное преимущество этих сред в том, что их состав постоянен, поэтому они легко воспроизводимы.

Наши данные убедительно доказали, что для получения препаратов на основе клубеньковых бактерий целесообразно использовать именно их (табл. 2). В отличие от натуральной среды (бобового отвара) на синтетиче- ских средах, как правило, не наблюдается загрязнения препаратов при хранении. Кроме того, можно более точно регулировать содержание в среде элементов питания и их соотношение, чего не позволяет сделать отвар, поскольку его состав меняется в зависимости от времени варки, качества, сорта исходного сырья и многих других факторов.

2. Титр (½10⁶ КОЕ/мл) разных штаммов клубеньковых бактерий сои Bra-dyrhizobium japonicum в жидкой форме препарата на синтетической среде (температура хранения 22-25 ° С) (лабораторный опыт)

Штамм	Срок хранения
	1 сут	14 сут	1 мес	2 мес      3 мес	5 мес	6 мес
634б	3,8±0,40	3,7±0,25	3,7±0,26	3,5±0,30     3,1±0,20	2,8±0,20	2,7±0,15
640б	3,6±0,40	3,6±0,31	3,5±0,30	3,5±0,26     3,2±0,26	2,9±0,26	2,8±0,23
645б	4,2±0,32	4,1±0,42	3,9±0,24	3,8±0,37     3,0±0,34	2,8±0,23	2,7±0,35

Новая синтетическая среда обеспечивала получение высокого титра бактерий (3,6-4,2 млрд КОЕ/мл жидкого препарата) в конце культивирования. Она позволяла сохранить высокий титр бактерий на протяжении 6 мес без снижения качества препарата. Результаты, полученные в рамках Географической сети опытов, показали, что по своей эффективности препараты, приготовленные на основе синтетических сред, после 6 мес хранения не уступают свежим препаратам на основе традиционной жидкой среды и препаратам на основе торфа (23).

Предпосевная обработка больших объемов семян на сегодняшний день связана с определенными трудностями. Согласно рекомендациям, она должна осуществляться непосредственно в день высева, без доступа солнечного света. Решить эту проблему возможно посредством разработки методов механизированного внесения микробиологических препаратов в почву при посеве. В этом случае не требуется дополнительных технологических операций перед посевом; обработка проводится непосредственно высевающим агрегатом в поле. Такой подход будет способствовать более широкому внедрению в сельское хозяйство инокулянтов, а следовательно, получению высоких урожаев.

Рис. 1. Урожайность сои сорта СИБНИИК 315 при обработке семян разными формами биопрепаратов на основе Bradyrhizobium japonicum : 1 — контроль, 2 — штамм 634б (на торфе), 3 — штамм 634б (жидкая форма), 4 — штамм 634б (на вермикулите), 5 — штамм 626а (на торфе), 6 — штамм 626а (жидкая форма), 7 — штамм 626а (на вермикулите), 8 — штамм 640б (на торфе), 9 — штамм 645б (на торфе) (Красноярский край, 2014 год).

* Различия с контролем достоверны.

Сравнительную эффективность биопрепаратов на основе стерильного торфа, вермикулита и жидкой формы изучали в различных регионах РФ на зерновых (озимая и яровая пшеница, ячмень, рис), зернобобовых (соя) и кормовых культурах (люцерна, козлятник).

В опытах с соей в Красноярском крае (рис. 1) жидкая форма биопрепарата повышала продуктивность практически в 4 раза, а торфяная форма и препарат на основе вермикулита увеличивали сбор зерна в среднем в 2 раза. В целом, такая высокая результативность объясняется отсутствием «аборигенных» штаммов клубеньковых бактерий, специфичных для сои. В аналогичных случаях применение инокулянтов — необходимый агрономический прием (24).

В условиях Ростовской области показано, что все три формы

(торф, вермикулит, жидкость) биопрепарата на основе клубеньковых бактерий Bradyrhizobium japonicum (штамм 626а) способствовали достоверному увеличению урожайности сои. В контрольном варианте она составляла 20,3 ц/га, при обработке семян биопрепаратом на основе торфа — 23,1 ц/га, вермикулитной формой — 25,0 ц/га, жидкой формой — 24,4 ц/га.

Рис. 2. Урожайность сои сорта Вилана при обработке семян разными формами биопрепарата на основе клубеньковых бактерий Bradyrhizobium japonicum (штамм 626а): 1 — контроль, 2 — на торфе, 3 — на вермикулите, 4 — жидкая форма (Ростовская обл., 2012-2014 годы).

*Различия с контролем достоверны.

На серых лесных почвах Брянской области твердофазные формы (на основе торфа и вермикулита) повышали урожайность ячменя на 5-10 %; при использовании жидкой формы она увеличивалась на 12-16 %.

В условиях Орловской области урожай зерна сои повышался на 6 % в варианте с препаратом на основе торфа и на 12 % при использовании жидкой формы биопрепарата (относительно контроля без инокуляции семян). На черноземных почвах Ростовской области прибавка урожая зерна сои при применении торфяной формы составила 19 %, жидкой формы — 25 %; на горохе эти показатели равнялись соот- ветственно 17 и 23 %. Высокую эффективность от инокуляции люцерны получили на серых лесных почвах Томской области, где прибавка при применении торфяных препаратов составила 20-70 %, жидкой формы — 30-90 %.

Важные условия повышения эффективности биопрепаратов — се- лекция и скрининг перспективных штаммов микроорганизмов с учетом агроэкологических условий.

3. Урожайность (т/га) сухой массы люцерны изменчивой сорта Агния при инокуляции семян разными штаммами клубеньковых бактерий Sinorhizo-bium meliloti в зависимости от типа почвы, на которой выращивали растения (Ленинградская обл.)

Вариант	Среднее	Прибавка к контролю
	Дерново-подзолистая почва	(2008-2010 годы)
Контроль	6,1
Штамм 415б	7,8	+1,7
Штамм 425а	6,7	+0,6
Штамм А-3	7,6	+1,5
Штамм А-4	8,2	+2,1
НСР 05	0,6
	Дерново-карбонатная почва	(2012-2014 годы)
Контроль	8,7
Штамм 415б	8,2	- 0,5
Штамм А-4	15,2	+6,5
Штамм А-5	22,0	+13,3
Штамм А-6	20,5	+11,8
НСР 05	1,1

Так, в Ленинградской области применение различных штаммов клубеньковых бактерий Sinorhizobium meliloti для инокуляции семян перед посевом люцерны изменчивой способствовало созданию эффективной растительно-микробной системы. При этом на дерново-подзолистой почве наиболее эффективным оказался штамм А-4, обеспечивавший прибавку урожая более 25 % и урожайности — 2,1 т/га сухой массы. На дерново- карбонатной почве лучшие результаты показал штамм А-5, который повышал продуктивность люцерны на 140 %; прибавка сухой массы к контролю при использовании для инокуляции штаммов А-5 и А-6 составила соответственно 13,3 и 11,8 т/га (табл. 3).

Таким образом, разработана методика полевой оценки эффективности новых форм микробных препаратов, повышающих урожайность и качество сельскохозяйственных культур. Показано, что новый тип питательных синтетических сред хорошо подходит для получения бактериальных препаратов в жидкой форме. Урожайность растений при использовании новых форм препаратов не ниже (или даже выше), чем при использовании традиционных форм. Исследованные биопрепараты удобны для применения, высокотехнологичны при производстве. Следует также учесть благоприятное влияние инокуляции на почвенное плодородие и экологическую обстановку.

Л И Т Е Р А Т У Р А

• ¹ФГБНУ Всероссийский НИИ сельскохозяйственной     Поступила в редакцию

  микробиологии,                                     30 марта 2015 года

  196608 Россия, г. Санкт-Петербург—Пушкин, ш. Подбельского, 3, e-mail: kojemyakov@rambler.ru , laktionov@list.ru , yanevich-2@mail.ru ;

• ²ФГБОУ ВПО Санкт-Петербургский

государственный аграрный университет,

196608 Россия, г. Санкт-Петербург—Пушкин, Санкт-Петербургское ш.,

• 2, корп. 1,

• ⁴ФГБОУ ВПО Донской государственный аграрный

университет,

346493 Россия, Ростовская обл., Октябрьский р-н, пос. Персиановский,

• ⁵ФГБОУ ВПО Красноярский государственный

аграрный университет,

660041 Россия, г. Красноярск, пр. Свободный, 66,

Sel’skokhozyaistvennaya biologiya [ Agricultural Biology ], 2015, V. 50, ¹ 3, pp. 369-376

THE SCIENTIFIC BASIS FOR THE CREATION OF NEW FORMS OF MICROBIAL BIOCHEMICALS

A.P. Kozhemyakov1, Yu.V. Laktionov1, T.A. Popova1, A.G. Orlova1, A.L. Kokorina2, O.B. Vaishlya3, E.V. Agafonov4, S.A. Guzhvin4, A.A. Churakov5, M.T. Yakovleva6

• ¹All-Russian Research Institute for Agricultural Microbiology, Federal Agency of Scientific Organizations, 3, sh. Podbel’skogo, St. Petersburg, 196608 Russia, e-mail kojemyakov@rambler.ru , laktionov@list.ru , yanevich-2@mail.ru ;

• ²Saint Petersburg State Agrarian University, 2/1, Sankt-Peterburgskoe sh., St. Petersburg, 196608 Russia, e-mail spbgau@mail.ru ;

• ³Tomsk State University, 36, pr. Lenina, Tomsk, 634050 Russia, e-mail plantaplus@list.ru ;

• ⁴Donskoi State Agrarian University, pos. Persianovskii, Oktyabr’skii Region, Rostov Province, 346493 Russia, e-mail sguujvin@rambler.ru ;

• ⁵Krasnoyarsk State Agrarian University, 66, pr. Svobodnyi, Krasnoyarsk, 660041 Russia, e-mail a-tjn@ay.ru ;

• ⁶Yakutsk Research Institute of Agriculture , Federal Agency of Scientific Organizations, 23/1, ul. Bestuzheva-Marlinskogo, Yakutsk, 677001 Russia, e-mail maryatimofeevna@mail.ru

  Supported by EurAsEC program «Innovative biotechnologies», State Contract ¹ 14.М04.12.0011.

Научные собрания

AГРОРУСЬ 2015

МЕЖДУНАРОДНАЯ АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ

ВЫСТАВКА-ЯРМАРКА

Специализированные экспозиции. Деловая программа (22 августа-30 августа 2015 года, г. Москва)

Тематические разделы:

• •    Оборудование для переработки и хранения сельхозпродукции

• •    Научные разработки и технологии

• •    Сельскохозяйственная техника

• •    Продукты питания и напитки. Пищевые добавки

• •    Животноводство. Звероводство. Птицеводство.

• •    Ветеринария. Зоотехния. Корма.

• •    Удобрения. Семена. Рассада. Садово-огородный инвентарь. Теплицы.

• •    Автономные энергетические и инженерные системы

• •    Поместно-усадебное домостроение, технологии и материалы

• •    АГРО/ЭКО туризм. Развитие сельских территорий

• •    Оборудование для лесной промышленности

• •    Транспорт и логистика

• •   Образование в АПК

Контакты и информация: