Эффективность азотфиксирующего симбиоза гуара (Cyamopsis tetragonoloba) со штаммами Bradyrhizobium retamae RCAM05275 и Ensifer aridi RCAM05276 в вегетационном опыте

Автор: Ульянич П.С., Белимов А.А., Кузнецова И.Г., Сазанова А.Л., Юзихин О.С., Лактионов Ю.В., Карлов Д.С., Вишнякова М.А., Сафронова В.И.

Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology

Рубрика: Обзоры, проблемы

Статья в выпуске: 3 т.57, 2022 года.

Бесплатный доступ

Бобовая культура гуар ( Cyamopsis tetragonoloba (L.) Taub.) - источник гуаровой камеди (комплекс полисахаридов, который используется в различных отраслях промышленности). Эта культура широко возделывается в основном в Индии и Пакистане, но в последние годы возрастает интерес к промышленному выращиванию гуара в южных регионах России. Одна из проблем внедрения этой культуры в сельское хозяйство Российской Федерации - отсутствие в почвах бактерий, способных образовывать симбиотические клубеньки на корнях гуара в почвенно-климатических условиях России. В представляемой работе получены первые данные по эффективности инокуляции клубеньковыми бактериями гуара при выращивании в почвах России. Цель нашего исследования состояла в оценке эффективности симбиоза перспективных штаммов клубеньковых бактерий гуара Bradyrhizobium retamae RCAM05275 и Ensifer aridi RCAM05276 при выращивании растений в почвах, отобранных в разных районах Российской Федерации и не содержащих комплементарных клубеньковых бактерий. Для инокуляции семян гуара сорта Кубанский Юбилейный использовали инокулюмы в виде водных суспензий бактерий, полученные по стандартной методике приготовления жидких биопреператов клубеньковых бактерий. Эффективность симбиоза изучали в вегетационном опыте с выращиванием растений в дерново-подзолистой почве и чернозёме. Инокуляция обоими штаммами привела к активному образованию клубеньков (около 20-40 шт. на растение), в то время как на корнях контрольных растений клубеньков обнаружено не было. Количество клубеньков на растении было максимальным в вариантах инокуляции штаммом B. retamae RCAM05275. Значения общей массы клубеньков на одно растение были максимальными в вариантах инокуляции штаммом E. aridi RCAM05276 благодаря образованию более крупных клубеньков. Клубеньки формировались на боковых корнях, имели округлую неправильную форму, розоватый цвет (свидетельство наличия в них леггемоглобина) и существенно варьировали по размеру. Оба штамма повысили биомассу побегов и всего растения примерно на 70 % при выращивании на дерново-подзолистой почве и черноземе, но не повлияли на биомассу корней. Инокулированные растения обладали примерно одинаковой нитрогеназной активностью независимо от штамма ризобий и типа почвы. Удельная нитрогеназная активность (на единицу биомассы клубенька) была примерно в 2 раза выше по сравнению с другими вариантами при инокуляции растений штаммом B. retamae RCAM05275 в дерново-подзолистой почве. Во всех вариантах опыта в побегах инокулированных растений выявлено повышение содержания общего азота примерно в 1,4 раза и накопления азота - в 3-4 раза. Таким образом, оба изученных штамма оказались способны формировать азотфиксирующий симбиоз, что привело к значительному росту биомассы растений и накоплению азота в побегах. Результаты показали перспективность дальнейших исследований по испытанию штаммов в полевых экспериментах с целью создания биопрепаратов для улучшения азотного питания этой сельскохозяйственной культуры.

Еще

Азотфиксация, гуар, клубеньки, симбиоз, cyamopsis tetragonoloba

Короткий адрес: https://sciup.org/142236342

IDR: 142236342 | DOI: 10.15389/agrobiology.2022.3.555rus

Список литературы Эффективность азотфиксирующего симбиоза гуара (Cyamopsis tetragonoloba) со штаммами Bradyrhizobium retamae RCAM05275 и Ensifer aridi RCAM05276 в вегетационном опыте

Лебедь Д.В., Костенкова Е.В., Волошин М.И. Агрономическое обоснование размещения посевов Cyamopsis tetragonoloba L. на юге европейской части России. Таврический вестник аграрной науки, 2017, 1(9): 53-63.
Старцев В.И., Ливанская Г.А, Куликов М.А. Перспективы возделывания гуара Cyamopsis tetragonoloba L. в России. Вестник Российского государственного аграрного заочного университета, 2017, 24(29): 11-15.
Вавилов Н.И. Интродукция растений в советское время и ее результаты. Избранные труды. М.-Л., 1965, т. V: 674-689.
Волошин М.И., Лебедь Д.В., Брусенцов А.С. Результаты интродукции нового бобового растения — гуара (Cyamopsis tetragonoloba (L.) Taub.). Труды Кубанского государственного аграрного университета, 2016,1(58): 84-91.
Булынцев С.В., Вальяникова Т.И., Силаева О.И., Копоть Е.И., Пимонов К.И. Гуар — новая бобовая культура для России. Мат. Всероссийской науч.-практ. конф. «Инновации в технологиях возделывания сельскохозяйственных культур». Пос. Персиановский, 2017: 167-172.
Берестецкий О.А., Доросинский Л.М., Кожемяков А.П. Эффективность препаратов клубеньковых бактерий в географической сети опытов. Известия АН СССР, Серия биологическая, 1987, 5: 670-679.
Кожемяков А.П., Лактионов Ю.В., Попова Т.А., Орлова А.Г., Кокорина А.Л., Вай-шля О.Б., Агафонов Е.В., Гужвин С.А., Чураков А.А., Яковлева М.Т. Агротехнологические
основы создания усовершенствованных форм микробных биопрепаратов для земледелия. Сельскохозяйственная биология, 2015, 50(3): 369-376 (doi: 10.15389/agrobiology.2015.3.369rus).
Elsheikh E1.A.E., Ibrahim K.A. The effect of Bradyrhizobium inoculation on yield and seed quality of guar (Cyamopsis tetragonoloba L.). Food Chemistry, 1999, 65(2): 183-187 (doi: 10.1016/S0308-8146(98)00192-7).
Ibrahim K., Suliman K.H., Abdalla A.A., Mohamed E.A., Ahmed A.I., Mukhtar S. Response of growth, yield and seed quality of guar (Cyamopsis teteragonolopa L.) to Bradyrhizobium inoculations. Pakistan Journal of Nutrition, 2011, 10(9): 805-813 (doi: 10.3923/pjn.2011.805.813).
Hassen A.I., Bopape F.L., Trytsman M. Nodulation study and characterization of rhizobial mi-crosymbionts of forage and pasture legumes in South Africa. World Journal of Agricultural Research, 2014, 2(3): 93-100 (doi: 10.12691/wjar-2-3-2).
Weaver R.W., Arayangkoon T., Schomber H.H. Nodulation and N2 fixation of guar at high root temperature. Plant and Soil, 1990, 126(2): 209-213 (doi: 10.1007/BF00012824).
St^pkowski T., Zak M., Moulin L., Kryliczak J., Goliñska, B., Narozna D., Safronova V.I., M^drzak C.J. Bradyrhizobium canariense and Bradyrhizobium japonicum are the two dominant rhizobium species in root nodules of lupin and serradella plants growing in Europe. Systematic and American Deserts. BMC Genomics, 2017, 18(1): 1-24 (doi: 10.1186/s12864-016-3447-y).
Vinuesa P., Leyn-Barrios M., Silva C., Willems A., Jarabo-Lorenzo A., Pérez-Galdona R., Werner D., Martínez-Romero E. Bradyrhizobium canariense sp. nov., an acid-tolerant endosymbiont that nodulates endemic genistoid legumes (Papilionoideae: Genisteae) from the Canary Islands, along with Bradyrhizobium japonicum bv. genistearum, Bradyrhizobium genospecies alpha and Bradyrhizobium genospecies beta. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 2005, 55(2): 569-575 (doi: 10.1099/ijs.0.63292-0).
Zhang Y.F., Chang E.T., Tian C.F., Wang F.Q., Han L.L., Chen W.F., Chen W.X. Bradyrhizo-bium elkanii, Bradyrhizobium yuanmingense and Bradyrhizobium japonicum are the main rhizobia associated with Vigna unguiculata and Vigna radiate in the subtropical region of China. FEMS Microbiology Letters, 2008, 285(2): 146-154 (doi: 10.1111/j.1574-6968.2008.01169.x).
Elnesairy N.N., Abubaker J.A., Mahmod H., Mukhtar N. The impact of Bradyrhizobium, farmyard manure and inorganic nitrogen on growth and yield of guar. World Journal of Agricultural Research, 2016, 4(2): 56-63 (doi: 10.12691/wjar-4-2-4).
Ibrahim K.A., Suliman K.H., Abdalla A.A. Influence of inoculation with some Bradyrhizobium strains on yield attributes, seed proximate composition and minerals content of guar (Cyamopsis teteragonolopa L.) grown in Sudan. Australian Journal of Basic and Applied Sciences, 2010, 4(5): 808-816.
Ibrahim K.A., Naeim E.A.M., Naim A.M.E., Elsheikh M.A. Response of Guar (Cyamopsis teteragonolopa L.) to Bradyrhizobium inoculations in semi-arid environment. International Journal of Agriculture and Forestry, 2016, 6(4):137-141 (doi: 10.5923/j.ijaf.20160604.01).
Le Quéré A., Tak N., Gehlot H.S., Lavire C., Meyer T., Chapulliot D., Rathi S., Sakrouhi I., Rocha G., Rohmer M., Severac D., Filali-Maltouf A., Munive J. A. Genomic characterization of Ensifer aridi, a proposed new species of nitrogen-fixing rhizobium recovered from Asian, African and American deserts. BMC Genomics, 2017, 18(1): 1-24 (doi: 10.1186/s12864-016-3447-y).
Chen W.X., Yan G.H., Li J.L. Numerical taxonomic study of fast-growing soybean rhizobia and a proposal that Rhizobium fredii be assigned to Sinorhizobium gen. nov. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 1988, 38(4): 392-397 (doi: 10.1099/00207713-384-392).
Ondieki D.K., Nyaboga E.N., Wagacha J.M., Mwaura F.B. Morphological and genetic diversity of rhizobia nodulating cowpea (Vigna unguiculata L.) from agricultural soils of Lower Eastern Kenya. International Journal of Microbiology, 2017, 2017: 8684921 (doi: 10.1155/2017/8684921).
Yan H., Yan J., Sui X.H., Wang E.T., Chen W.X., Zhang X.X., Chen W.F. Ensifer glycinis sp. nov., a rhizobial species associated with species of the genus Glycine. International Journal of Systematic and Evolutionary microbiology, 2016, 66(8): 2910-2916 (doi: 10.1099/ijsem.0.001120).
Кузнецова И.Г., Сазанова А.Л., Сафронова В.И., Попова Ж.П., Соколова Д.В., Тихомирова Н.Ю., Оследкин Ю.С., Карлов Д.С., Белимов А.А. Выделение и идентификация клубеньковых бактерий гуара Cyamopsis tetragonoloba (L.) Taub. Сельскохозяйственная биология, 2018, 53(6): 1285-1293 (doi: 10.15389/agrobiology.2018.6.1285rus).
Белимов А.А., Кузнецова И.Г., Потокина Е.К., Сазанова А.Л., Сафронова В.И. Штамм клубеньковых бактерий гуара Bradyrhizobium retamae — стимулятор азотфиксирующей способности гуара. МПК: C12N 1/20, A01N 63/20, C05F 11/08, C12R 1/01. Федеральное бюджетное научное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии» (RU). № 2734836. Заявка: 2020100530 от 09.01.2020. Опубл. 23.10.2020. Бюл. № 30.
Белимов А.А., Кузнецова И.Г., Потокина Е.К., Сазанова А.Л., Сафронова В.И. Штамм клубеньковых бактерий гуара Ensifer aridi RCAM05276 — азотфиксирующий симбионт гуара. МПК: C12N 1/20, A01N 63/20, C05F 11/08, C12R 1/01. Федеральное бюджетное научное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии» (РФ). № 2734836. Заявка: 2020100529 от 09.01.2020. Опубл. 20.11.2020.
Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М., 1970.
Hinson P.O., Adams C.B. Quantifying tradeoffs in nodulation and plant productivity with nitrogen in guar. Industrial Crops and Products, 2020, 153: 112617 (doi: 10.1016/j.indcrop.2020.112617)
Ferguson B.J., Mens C., Hastwell A.H., Zhang M., Su H., Jones C.H., Chu X., Gresshoff P.M. Legume nodulation: The host controls the party. Plant, Cell & Environment, 2019, 42(1): 41-51 (doi: 10.1111/pce.13348)
de Almeida Ribeiro P.R., dos Santos J.V., da Costa E.M., Lebbe L., Assis E.S., Louzada M.O., Guimaraes A.A., Willems A., de Souza Moreira F.M. Symbiotic efficiency and genetic diversity of soybean Bradyrhizobia in Brazilian soils. Agriculture, Ecosystems & Environment, 2015, 212: 8593 (doi: 10.1016/j.agee.2015.06.017).
Thilakarathna M.S., Raizada M.N. A meta-analysis of the effectiveness of diverse rhizobia inoculants on soybean traits under field conditions. Soil Biology and Biochemistry, 2017, 105: 177-196 (doi: 10.1016/j.soilbio.2016.11.022).
Zahran H.H. Rhizobium-legume symbiosis and nitrogen fixation under severe conditions and in an arid climate. Microbiology and Molecular Biology Reviews, 1999, 63(4): 968-989 (doi: 10.1128/MMBR.63.4.968-989.1999).
Zeffa D.M., Fantin L.H., Koltun A., de Oliveira A., Nunes M., Canteri M.G., Gonjalves L. Effects of plant growth-promoting rhizobacteria on co-inoculation with Bradyrhizobium in soybean crop: a meta-analysis of studies from 1987 to 2018. PeerJ, 2020, 8: e7905 (doi: 10.7717/peerj.7905).
Shrestha R., Adams C.B., Ravelombola W., MacMillan J., Trostle C., Ale S., Hinson P. Exploring phenotypic variation and associations in root nodulation, morphological, and growth character traits among 50 guar genotypes. Industrial Crops and Products, 2021, 171: 113831 (doi: 10.1016/j.indcrop.2021.113831).
Salvagiotti F., Cassman K.G., Specht J.E., Walters D.T., Weiss A., Dobermann A. Nitrogen uptake, fixation and response to fertilizer N in soybeans: a review, Field Crops Research, 2008, 108(1): 1-13 (doi: 10.1016/j.fcr.2008.03.001).
Habibi S., Ayubi A.G., Ohkama-Ohtsu N., Sekimoto H., Yokoyama T. Genetic characterization of soybean rhizobia isolated from different ecological zones in North-Eastern Afghanistan. Microbes and Environments, 2017, 32(1): 71-79 (doi: 10.1264/jsme2.ME16119).
MacMillan J., Adams C.B., Trostle C., Rajan N. Testing the efficacy of existing USDA Rhizobium germplasm collection accessions as inoculants for guar. Industrial Crops and Products, 2021, 161: 113205 (doi: 10.1016/j.indcrop.2020.113205).

Еще

Статья научная