Эффективность взаимодействия препарата ассоциативных бактерий с сортами Glycine max. L

многообразные растительно - микробные взаимодействия . Микроорганизмы не просто способствуют росту и развитию растений , но являются для них донорами широкого круга адаптивно значимых функций , позволяющих в полной мере реализовать биологический потенциал ( Проворов , Тихонович , 2003; Пиневич , 2007).

Следует помнить , что эффективность растительно микробных ассоциаций может носить как положительный , так и отрицательный характер , который , в свою очередь , является следствием взаимодействия целого ряда факторов : вид растения , его физиологическое состояние , генотип микроорганизма , его конкурентоспособность , тип почвы , влажность , кислотность , аэрация и др . (Schippers,1992; Чеботарь и др ., 2007).

Наиболее широко известными колонизаторами корней бобовых растений являются ризобии , вступающие с ними в симбиоз . Однако существует и ряд других полезных ризосферных микроорганизмов , также являющихся эндофитами . Это бактерии рода Pseudomonas, Azospirillum, Bacillus и др ., объединенные в группу почвенных микроорганизмов PGPR (plant growth-promoting rhizobacteria), на основе которых создан отечественный микробиологический препарат Экстрасол , являющийся разработкой Всероссийского НИИ сельскохозяйственной микробиологии . Взаимодействие псевдомонад и бацилл , входящих в состав данного биопрепарата , наиболее подробно изучено с растениями семейства злаковые и в гораздо меньшей степени с бобовыми .

Принимая во внимание общепризнанное мнение о том , что в формировании специфических условий ризосферы главную роль все же играет растение ( Тихонович , Проворов , 1998, 2003), нами была оценена возможность создания высокоэффективной растительно - микробной системы на основе взаимодействия консорциума ассоциативных бактерий ( экстрасол ) с различными сортами сои .

М атериалы и методика исследований

Исследования проводились в 2007-2008 гг . на базе Орел ГАУ совместно с ГНУ ВНИИЗБК на опытном поле лаборатории селекции гороха и фасоли при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований ( Грант РФФИ офи - ц 08-04-13565).

Объектом исследований служили два районированных сорта сои Ланцетная и Свапа .

Опытный материал был выращен в полевом селекционном севообороте , площадь делянки составила 10 м ², повторность 4- х кратная , способ посева – рядовой . Размещение делянок систематическое со смещением .

Почва опытного участка темно - серая лесная среднесуглинистая , подстилаемые лессовидным суглинком , средней окультуренности ( среднее содержание гумуса 5,1%, подвижного фосфора – 23,3, обменного калия – 9,7 мг /100 г почвы , рН сол – 5,3, гидролитическая кислотность – 4,4 мг экв /100 г почвы ). Предшественник – ячмень . Микрорельеф участка выровненный .

В опытах изучалась эффективность взаимодействия микробного консорциума препарата Экстрасол с сортами сои. Экстрасол представляет собой чистую культуру ассоциативных бактерий (Artrobacter mycorens 7, Flavobacterium sp. L. – 30, Agrobacterium radiobacter 204, Agrobacterium radiobacter 10, Bacillus subtilis Ч-13, Pseudomonas fluorescens 2137, Azospirillum lipoferum 137). Инокуляцию семян биопрепаратом проводили из расчета 2 л/т.

Период вегетации 2007 года в целом характеризовался пониженным количеством осадков и высокими температурами воздуха , тогда как в 2008 году отмечались периоды , когда количество выпавших осадков превышало среднемноголетнее значение в 3 раза ( июль ).

Согласно методике Г . С . Посыпанова (1993), осуществляли учет надземной и корневой фитомассы . Нитрогеназную активность определяли ацетиленовым методом ( Чундерова А . И ., 1980) в модификации В . П . Орлова (1984) и А . С . Ш аина (1990). Изучение фотосинтетических возможностей сортов проводили методом регистрации индукции флуоресценции хлорофилла у интактных растений с использованием портативной системы измерения флуоресценции хлорофилла Mini-PAM по Bilger &Schreiber (1995), а площадь ассимиляционной поверхности листьев – с помощью фотопланиметра Li-3000c. Содержание белка в семенах сои определяли с помощью анализатора зерна Infratec™ 1241 по оригинальной методике (Foss). Полученные данные статистически обработаны по Б . А . Доспехову (1985) на персональном компьютере .

Результаты и их обсуждение

Поскольку соя является бобовым растением и способна вступать в симбиотические отношения с бактериями рода ризобиум , образуя на корнях клубеньки , то учет ее модулирующей способности в ответ на интродукцию в ризосферу PGPR будет служить важным показателем биологической эффективности Экстрасола .

Изучение симбиотической деятельности сои показало , что во все годы исследований сорта изначально различались как по динамике формирования , так и по величине симбиотического аппарата . Так , у сорта Свапа максимальное количество и масса активных клубеньков в контроле сформировалось к фазе цветения , а у сорта Ланцетная к данному периоду их число снизилось , по сравнению с фазой бутонизации на 20%. Причем характер кривых , отражающих изменение нодуляции корней в онтогенезе , при интродукции в ризосферу PGPR у сорта Ланцетная практически не изменился , тогда как у сорта Свапа пик симбиотической активности стал проявляться раньше – в фазу бутонизации ( рис . 1).

Этому явлению есть вполне логичное объяснение : ассоциативные бактерии в ризосфере продуцируют определенные активаторы и регуляторы роста , восполняют дефицит важных биологически активных веществ у растения , влияя тем самым на экссудацию . Корневые выделения , в свою очередь , стимулируют хемотаксис Rhizobium ( Архипова , 2001; Чеботарь , 2007; Timmusk et al., 1999;Bai et al., 2003; Lugtenberg et al., 1999).

Свапа

Ланцетная

a a R s

— ♦— контроль ------- экстрасол

а )

Свапа

Ланцетная

— ♦— контроль - --•-- - экстрасол

б )

Рис . 1. Клубенькообразующая способность сортов Glycine max . в зависимости от использования микробного препарата экстрасол , среднее 2007-2008 гг .: а ) количество активных клубеньков , млн . шт / га ;

б ) масса активных клубеньков , кг / га .

В наших опытах также подтверждается стимулирующее влияние ассоциативных микроорганизмов , входящих в состав препарата Экстрасол , на показатели симбиотической деятельности растений сои . Причем степень этого влияния зависела от сорта . Масса и количество клубеньков на корнях сорта Свапа возрастало в среднем по годам на 45 и 50%, а у Ланцетной – на 22 и 25% соответственно ( рис . 2). Такие резкие межсортовые различия по способности к симбиозу у самоопыляющихся видов являются нормой ( Тихонович , 1998) и зависят не просто от генотипа растений (Triplett, 1992), но и от его географического происхождения (Edye et al., 1974).

Формирование мощного симбиотического аппарата , которым в наших опытах отличался сорт Свапа , не всегда говорит о его активности . Данные , полученные нами методом газовой хромотографии , свидетельствуют о том , что наиболее активно фиксировали азот воздуха растения сорта Ланцетная , который по величине симбиотического аппарата в 2 раза уступал сорту Свапа . Существенный рост массы и количества клубеньков , вызванный интродукцией PGPR у данного сорта не только не активизировал работу нитрогеназного комплекса , но и существенно снизил ее ( рис .3). В тоже время активность симбиотической азотфиксации сорта Ланцетная при использовании микробного препарата Экстрасол повышалась на 12%.

Вероятно , пониженная нитрогеназная активность сорта Свапа связана с перерасходом энергии на образование и функционирование избытка клубеньков ( Проворов , 2003).

□ Свапа □ Ланцетная

□ контроль □ экстрасол

Рис . 3. Нитрогеназная активность сортов сои , среднее за 2007-2008 гг . ( НСР 05 =0,3).

б ) масса клубеньков

Рис . 2. Изменение симбиотических признаков сортов сои от применения микробного препарата экстрасол , прибавка к контролю %.

Наиболее интенсивно фиксация молекулярного азота происходит в случае сопряжения с процессом фотосинтеза и может определять его уровень (Sharma et al., 1982; Hartwig, 1997; Тихонович , 1998; Посыпанов , 1993; Парахин , 2006 и др .).

Изучение фотосинтетической деятельности посевов сои показало , что в норме сорта практически не отличаются как по величине площади листьев , так и по их функциональной активности . Однако при использовании в опытах микробного препарата ассоциативных бактерий проявляется межсортовая изменчивость по данным признакам ( табл . 1, рис . 4). Так , наиболее существенные изменения ассимиляционной поверхности листьев коснулись сорта Ланцетная , у которого площадь листьев в среднем за годы исследований возрастала на 22%.

При этом функциональная активность первичных реакций фотосинтеза оставалась на стационарном уровне . Напротив , сорт Свапа отвечал на колонизацию корней PGPR повышением эффективности работы фотосистемы II ( ФС II) листьев , где коэффициент фотохимического тушения и квантовый выход увеличивались на 18% без изменения линейных параметров листьев . Отсюда следует , что сорт Ланцетная , обладающий меньшими величинами qP и Yield ФС II, компенсировал недостаточную фотосинтетическую активность за счет увеличения площади листьев . Похожие выводы сделал Махон с соавторами (Machon, Hobbs, 1981, 1982), которые проводили исследование линий гороха , различавшихся по скорости фиксации СО 2 .

□ контроль □ экстрасол

• в )

Рис . 4. Функциональная активность ФС II листьев сои при использовании микробного препарата экстрасол , среднее 2007-2008 гг .:

• а ) квантовый выход ФС II (Yield); б ) коэффициент фотохимического тушения (qP); в ) коэффициент нефотохимического тушения – (qN).

Таблица 1 – Площадь листьев сортовых посевов сои , тыс . м ²/ га

Вариант	Свапа			Ланцетная
	2007	2008	среднее	2007	2008	среднее
Контроль	20,6	24,2	22,4	20,9	22,4	21,6
Экстрасол	23,1	26,0	24,5	23,5	31,2	26,3
+ к контролю , %			9,3			22
НСР 05	3,14	7,9		0,33	7,0

Таким образом , биологическая эффективность препарата Экстрасол на сортах сои проявилась по - разному , в большей степени стимулируя у сорта Свапа величину симбиотического аппарата и активность первичных реакций фотосинтеза , тогда как сорт Ланцетная отзывался повышением нитрогеназной активности и площади листьев .

Такие физиологические изменения в растениях , вызванные инокуляцией ассоциативными бактериями , повлияли на урожайность и содержание белка в семенах сои ( табл . 2).

Таблица 2 – Хозяйственная эффективность препарата Экстрасол с сортами сои

Вариант	Свапа		Ланцетная
	урожайность семян , т / га		урожайность семян , т / га		прибавка , %
	2007	2008	2007	2008	2007	2008
Контроль	4,06	3,82	4,62	3,50
Экстрасол	3,99	3,53	4,78	3,91	3,42	11,66
НСР 05	0,64	0,28	0,37	0,87

Во все годы исследований , дополнительный сбор семян на уровне 3-12% был получен лишь у сорта Ланцетная , средняя урожайность которой в варианте с инокуляцией семян Экстрасолом составила 4,34 т / га и была обусловлена ростом площади листьев и нитрогеназной активности растений .

Повышение урожайности семян сорта Свапа в опытном варианте зарегистрировано не было , несмотря на существенное увеличение размеров и величины симбиотического аппарата , которое , в свою очередь , оказало положительное влияние на белковость семян . Однако данный эффект был получен только в 2007 году ( табл . 3), что можно объяснить повышением эффективности биопрепарата в более засушливых условиях . Например , Белимов (1994, 2008) в своей работе с ассоциативными бактериями указывает на их способность легко адаптироваться к различным условиям и поддерживать численность популяции относительно стабильной и активной . Возможно также , что при дефиците влаги в ризосфере ослабевали конкурентные и антагонистические взаимодействия между интродуцируемыми штаммами и аборигенной микрофлорой , а внесение большого количества клеток интродуцента при инокуляции позволяло ему успешно конкурировать с аборигенными микробами , колонизирующая способность которых была снижена недостатком влаги .

Таблица 3 – Содержание белка в семенах сортов сои при использовании препарата экстрасол , % АСВ

Вариант	Свапа			Ланцетная
	2007	2008	среднее по годам	2007	2008	среднее по годам
Контроль	40,5	42,1	41,3	40,1	42,3	41,2
Экстрасол	44,2	42,2	43,2	42,9	41,8	42,3
прибавка , %	9,1	-		7,0	-
НСР 05	0,44	0,3		0,29	0,41

В посевах сорта Ланцетная в условиях 2007 года эффективность препарата Экстрасол , как и у сорта Свапа , в большей степени проявилась на увеличении качества семян , тогда как в условиях оптимального увлажнения 2008 года качество семян у обоих сортов не изменилось .

Таким образом , результаты наших исследований показали наибольшую эффективность использования препарата ассоциативных бактерий в посевах сои сорта Ланцетная , у которой отмечалось как улучшение общего физиологического состояния растений , так и увеличение урожайности и качества семян . При этом предварительные расчеты экономической эффективности показали получение 16% прибыли от использования данного препарата .