Использование АЦК-утилизирующих ризобактерий для повышения фотосинтетической и семенной продуктивности сои

Продуктивность любого агрофитоценоза, главным образом, определяется динамикой формирования и эффективностью функционирования фотосинтетического аппарата культурных растений. Поэтому управление процессом фотосинтеза является одним из наиболее эффективных путей повышения уро^айности сельскохозяйственных культур [1, 2].

В ряду факторов повышения эффективности фотосинтетической деятельности агроценозов наиболее ва^ным и трудно регулируемым является солнечная радиация. В связи с чем, повышение продуктивности посевов путем увеличения использования солнечной радиации в процессе фотосинтеза является актуальной проблемой современного земледелия [3, 4].

В решении данной проблемы большое значение имеет разработка и внедрение ресурсосберегающих технологий возделывания культур, основанных на максимальной реализации биологического потенциала растений и почвы при уменьшении воздействия химико-техногенных факторов интенсификации растениеводства. Вместе с тем использование микробиологического подхода при выращивании культур сповышеннойсимбиотрофностью представляет особую актуальность.

Результаты проведенных научных исследований показывают реальную возмо^ность усиления фотосинтетической деятельности и продуктивности бобовых растений за счет использования биопрепаратов на основе полезной симбиотической микрофлоры [5 - 10].

В этой связи практическое применение новых микроорганизмов с полифункциональными свойствами, которые позволят повысить хозяйственную эффективность возделывания зернобобовых культур за счет повышения эффективности фотосинтеза при сокращении применения минеральных удобрений является весьма перспективным. При этом особый интерес в условиях изменяющегося климата представляет использование ^ЦК- утилизирующих ризобактерий, обладающих универсальным антистрессовым эффектом на растения [11-14].

Целью наших исследований было изучение влияния перспективных штаммов ^ЦК-утилизирующих ризобактерий на фотосинтетическую и семенную продуктивность различных сортов сои северного экотипа в зависимости от уровня минерального питания растений в условиях Орловской области.

Лабораторные исследования проводились в ЦКП НО «Экологический и агрохимический мониторинг сельскохозяйственного производства и среды обитания»Орловский Г^У, а полевые опыты закладывались в НОПЦ «Интеграция» (Орловский р-н, п. Лаврово) в 2013-2015 годах.

Объектом исследований слу^или два раннеспелых сорта сои районированных по 5 региону: Cвапа (селекция ВНИИЗБК) и Бара (селекция ООО Компания «Cоевый комплекс», г. Краснодар). Растения выращивались в селекционном севообороте на делянках площадью 10 м2в четырехкратной повторности. Метод размещения опытных делянок – рендомизированный. Предшественник – черный пар. Почва опытногоучастка серая лесная, слабокислая (рН - 5,0) средним содер^анием гумуса (3,8%), со средним содер^анием фосфора (12,9мг/100г почвы) и калия (15,9мг/100 г почвы).

Микробные препараты, используемые в опытах:производственный штамм клубеньковых бактерий B. japonicum 634б, а так^е перспективные штаммы ассоциативных бактерий с ^ЦК-дезаминазной активностью Pseudomonas oryzihabitans Eр4 и Variovorax paradoxus 3P-4. Штаммы микроорганизмов предоставлены Всероссийский НИИ сельскохозяйственной микробиологии (г.Cанкт-Петербург - Пушкин).

Инокуляция семян клубеньковыми бактериями производилась в день посева из расчета 200 г на гектарную норму семян, штаммы Pseudomonas EP4 и Variovorax 3P-4 вносили в фазу всходов (10% р-р). В опыте использовали 2 фона минерального питания растений – NPK100% (доза удобрений на планируемый уро^ай 3 т/га) и NPK70%. Минеральные элементы вносили в виде тукосмеси с процентным содер^анием NPK10:26:26.

Опыты закладывались по следующей схеме:

• 1.    Контроль*

• 2.    Штамм634б**

• 3.    Pseudomonas ***

• 4. Variovorax****

• 5.    Штамм634б+Pseudomonas

• 6.    Штамм634б+Variovorax

* - контроль (без использования микроорганизмов, фон NPK (100 и 70%))

** - штамм клубеньковых бактерий Bradyrhizobium japonicum 634б

• * ** - штамм ассоциативных бактерий с ^ЦК-дезаминазной активностью Pseudomonas oryzihabitans EP4

• * *** - штамм ассоциативных бактерий с ^ЦК-дезаминазной активностью Variovorax paradoxus 3P-4

Метеорологические условия в годы исследований отклонялись от среднемноголетних данных и сопрово^дались неравномерным распределением осадков и колебанием температуры воздуха на протя^ении всего вегетационного периода сои. Влагообеспеченность посевов в критические периоды развития культуры была недостаточной. Например, II декада мая 2013 года, на которую приходился сев сои, характеризовалась засушливыми условиями,при этом в третьей декаде мая, выпала двойная норма осадков, что привело к уплотнению почвы и образованию почвенной корки, т.е. способствовало неравномерному появлению всходов. В сентябре количество осадков превысило среднее многолетнее значение в 2 раза, что привело к задер^ке созревания семян и увеличению периода вегетации, а так^е создало трудности, связанные с уборкой уро^ая. Для 2014 года были характерны засушливые условия, которые наиболее ярко начали проявляться во второй декаде июля, пришедшейся на фазу цветения культуры, и продол^ались вплоть до уборки уро^ая. 2015 год сопрово^дался достаточно сухой и теплой погодой. Так для I декады июня были характерны засушливые условия, осадков выпало в 1,9 раза меньше декадной нормы, а температура воздуха превысила среднее многолетнее значение на 130C. Это привело к сокращению продол^ительности фаз развития растений (цветение, созревание) и повлияло на уменьшение количества бобов и семян, что отрицательно сказалось на величине уро^айности.

Результаты наших исследований показали, что изменение ре^има питания растений за счет применения ^ЦК-утилизирующих ризобактерий и удобрений оказало стимулирующее действие на фотосинтетическую деятельность различных сортов сои при изменении как биометрических, так и функциональных параметров листьев. При этом реакция сортов на факторы интенсификации была неодинаковой.

Так, у сорта Бара максимальное увеличение площади листьев было отмечено в результате совместного использования ризобий и ассоциативных ризобактерий в независимости от минерального фона, что превысило контрольный уровень в среднем 1,5 раза (табл. 1).

Таблица 1. Площадь листьев у различных сортов сои в зависимости от условий выращивания, см2/раст. (фаза цветения), среднее за 2013-2015гг.

Варианты	Cвапа		Бара
	NPK 100%	NPK 70%	NPK 100%	NPK 70%
1. Контроль	509,40	418,83	694,65	640,92
2. Штамм 634б	648,58	850,85	651,82	765,57
3. Pseudomonas	602,66	686,98	976,77	833,55
4. Variovorax	670,15	651,90	766,03	730,13
5. Штамм 634б + Pseudomonas	769,88	739,52	1012,41	943,35
6. Штамм 634б + Variovorax	642,33	674,04	948,51	968,52

Тогда как сорт Cвапа на полном минеральном фоне формировал наиболее крупный фотосинтетический аппарат в результате комплексной интродукции клубеньковых бактерий и псевдомонад, а при сокращении дозы NPK на 30% был наиболее отзывчив на моноинокуляцию ризобиями, которые позволили увеличить площадь листьев в 2 раза по сравнению с контролем.

Улучшение условий питания растений за счет активизации растительномикробных взаимодействий (РМВ) так^е способствовало повышению их фотосинтетического потенциала, изменение которого находилось в прямой корреляции с изменением площади ассимиляционной листовой поверхности (табл. 2).

Таблица 2. Фотосинтетический потенциал различных сортов cои в зависимости от условий выращивания, м2*дней, (фаза цветения), среднее за 2013-2015 гг.

Варианты	Cвапа		Бара
	NPK 100%	NPK 70%	NPK 100%	NPK 70%
1. Контроль	6,12	4,81	7,79	9,07
2. Штамм 634б	7,96	9,77	7,38	11,84
3. Pseudomonas	6,87	8,00	11,39	12,29
4. Variovorax	7,76	7,37	9,72	10,75
5. Штамм 634б + Pseudomonas	9,38	9,13	13,81	15,01
6. Штамм 634б + Variovorax	7,96	8,64	11,31	15,25

Так, например, за три года исследований у сортов Бара и Cвапа на полном минеральном фоне величина фотосинтетического потенциала в варианте с комплексным внесением ризобий и ризобактерий рода Pseudomonas увеличилась на 77,3 и 53,3%, соответственно, по сравнению с контролем.

Cогласно современным представлениям, фундаментом фотосинтеза являются первичные фотохимические реакции. Поэтому, с целью получения информации о функциональном состоянии фотосинтетического аппарата растений в зависимости от изменения условий питания, нами были изучены параметры квантового выхода фотосистемы II (ФC II) листьев сортов сои (Yield) (рис. 1).

У сорта Cвапа на фоне NPK70% максимальная функциональная активность ФC II листьев, была отмечена в варианте с комплексным использованием клубеньковых и ассоциативных бактерий рода Variovorax, превысившая контрольный показатель в 1,2 раза. Тогда как при внесении полной дозы NPK наиболее высокую скорость фотохимических реакций в листьях обеспечила моноинокуляция ризобиями.

У сорта Бара на фоне NPK100% в ответ на совместную интродукцию штамма 634б и ^ЦК-утилизирующих ассоциативных бактерий рода Pseudomonas, наряду с увеличением площади листьев произошло максимальное повышение эффективности их работы, при этом абсолютное значение квантового выхода увеличивалось на 11%, по сравнению с контролем (рис. 2).

0.800

• ■    Свапа NPK 100%

• ■    Свапа NPK 70%

0.750 0.700 0.650 0.600 0.550

0.500

0.450

0.400

llllll

1в.

2в.

3в.

4в.

5в.

6в.

1в. - Контроль, 2в. – Штамм 634б, 3в. - Pseudomonas, 4в. - Variovorax, 5в. - Штамм 634б + Pseudomonas, 6в. - Штамм 634б + Variovorax

Рисунок 1 – Функциональная активность ФC II листьев сои Cвапа в зависимости от факторов регуляции РМВ (фаза цветения),среднее за 2013-2014гг.

1в. - Контроль, 2в. – Штамм 634б, 3в. - Pseudomonas, 4в. - Variovorax, 5в. - Штамм 634б + Pseudomonas, 6в. - Штамм 634б + Variovorax

Рисунок 2 – Функциональная активность ФC II листьев сои Бара в зависимости от факторов регуляции РМВ (фаза цветения), среднее 2013-2014 гг.

В 2015 году генотипический интервал варьирования интенсивности фотосинтеза листьев сои в фазу цветения в зависимости от факторов интенсификации находился в пределах 0,3 – 2,7 μmol CO 2 /m 2 s (рис. 3).

-♦- CeanaNPK70% -■-БаpаNPK70%

*1в. - Контроль, 2в. – Штамм 634б, 3в. - Pseudomonas, 4в. - Variovorax, 5в. - Штамм 634б + Pseudomonas, 6в. - Штамм 634б + Variovorax Достоверно при *Р 0 <0,05

Рисунок 3 - Интенсивность фотосинтеза различных сортов сои в зависимости от условий выращивания, μmol CO 2 /m²s (фаза цветения), 2015г.

Cорт Бара на фоне NPK70% отличался максимальной интенсивностью фотосинтеза, превышая сорт Cвапа по данному показателю в 2,6 раза. При этом наибольшей активностью поглощения молекул CО 2 листья данного сорта характеризовались в варианте скомплексным использованиемризобий и бактерий рода Variovorax . Благодаря изменению параметров мезоструктуры листьев сои и их функциональной активности посредством интродукции различных групп симбиотических микроорганизмов нам удалось повысить уровень использования агроценозами солнечной энергии (табл. 3).

Таблица 3. Уровень использования солнечной энергии агроценозами сои в зависимости от формирования РМC, КПД Ф^Р, % (среднее за 2013-2015 гг)

Варианты	Cвапа		Бара
	NPK 100%	NPK 70%	NPK 100%	NPK 70%
1. Контроль	1,35	1,00	1,03	0,92
2. Штамм 634б	1,49	1,14	1,46	1,42
3. Pseudomonas	1,47	1,21	1,53	1,32
4. Variovorax	1,47	1,10	1,51	1,13
5. Штамм 634б + Pseudomonas	1,21	1,51	1,57	1,34
6. Штамм 634б + Variovorax	1,48	1,19	1,45	1,27

У сорта Cвапа КПД Ф^Р надземной фитомассы в годы исследований в большей степени возрос в варианте с комплексным использованием штамма 634б и ризобактерий рода Pseudomonas при сокращении дозы минеральных удобрений на 30%, превысив контрольный показатель на 51%.

Cорт Бара достигал максимального значенияданного показателя в том ^е варианте,но на полном минеральном фоне удобрений, превысив контрольный уровень на 52,4%.

Интенсификация фотосинтетических процессов растений в условиях эффективного симбиоза способствовала повышению реализации потенциала продуктивности изучаемых сортов (рис. 4).

Максимальную прибавку уро^айности у сорта Cвапа на фоне сни^ения уровня минерального питания обеспечила совместная интродукция в ризосферу растений ассоциативных бактерий рода Pseudomonas и селективного штамма клубеньковых бактерий 634б, в результате которой сбор зерна с гектара превысил контрольный показатель 66,7%. По нашему мнению, это связано с увеличением уровня использования солнечной энергии агроценозами данного сорта.

Cущественного повышения семенной продуктивности агроценозов сорта Бара удалось добиться так^е за счет данного агроприема, но только на фоне NPK100% . Вероятно, это обусловлено повышением эффективности фотосинтеза, посредством усиления ростовых процессов в листьях,функциональной активности и их повышения КПД Ф^Р.

а.

Рисунок 4 – Относительные прибавки уро^айности сортов сои Cвапа (а) и Бара (б) в разные годы исследований, % (среднее за 2013-2015 гг)

Шт.634б

б.

Таким образом, полученные результаты показали, что использование перспективных штаммов ^ЦК-утилизирующих ризобактерий в комплексе с клубеньковыми диазотрофами при выращивании сои северного экотипа способствует существенному повышению семенной продуктивности растений за счет реализации их биологического потенциала в условиях эффективного симбиоза при сокращении использования синтетических удобрений. Ва^но отметить, что при этом дополнительный уро^ай зерна формируется за счет увеличения использования агроценозами солнечной радиации в процессе фотосинтеза, а эффективность используемых агроприемов, главным образом, определяется сортовой индивидуальностью растений.