Косвенный метод оценки азотфиксирующей способности сои

Повышенный интерес ученых к проблеме фиксации атмосферного азота обьяс-няечея гем. что от этого элемента зависит как плодородие почвы, гак и урожайность растений. а также содержание белка в продуктах питания. В настоящее время г [уть интенсивного использования минеральных удобрений для различных сельскохозяйственных культур мало приемлем не только вследствие удорожания продукции, ио и но причине значительного загрязнения окружающей среды. В такой ситуации наиболее важными являются исследования, направленные на поиск способов повышения азотфик-сирующей способности культивируемых бобовых растений [ 1].

Фиксация атмосферного азота осуществляется как результат симбиоза бобовых растений с клубеньковыми бактериями и происходит в клубеньках, расположенных на корневой системе растения-хозяина.

Количество азота, фиксируемого растением, зависит от многих причин: эффективности и конкурентоспособности штаммов клубеньковых бактерий, биологических особенностей растения-хозяина, а также от условий внешней среды.

Но мнению ученых ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии, роль сорта шачичельна и нередко является определяющей для эффективности симбиоза [2].

Исследованиями, проведенными во ВСГИ (Одесса), установлено, ччо сорта сои существенно различаются но этому признаку. Лучшие азотфиксаторы в среднем усваивают 55-80 мкг азота на одно растение в час, тогда как существует ряд форм, у которых данный показа тель паходичея на уровне 2,6-5,6 мкг. чо есть в 10-30 раз меньше |3|. Более того, имею тся и безклубеньковыс формы сои. например T-20L у которой вследствие отсутствия а юч фиксирующей способности (АФС) очмечаегсм низкая продуктивность растений. а в семенах накапливается меньше белка. Учитывая это. поиск сортов и форм сои с повышенной АФС является реальным путем увеличения продуктивности и содержания белка в зерне этой культуры.

Препятствием для реализации такого подхода является отсутствие достунных и экспрессивных методов оценки АФС растений. Наиболее известным и распространенным методом оценки АФС бобовых культур является ацетиленовый метод, более простым и доступным - легоглобиновый [4].

Однако общими недостач ками этих двух методов оценки АФС растений являются:

• І ) невозможность получения достоверных результатов при оценке растений, выращенных в полевых условиях, вследствие трудности извлечения всех клубеньков индивидуального растения из почвы в агрофитоценозе, особенно когда почва бывает нсдос га точно увлажнена;

• 2 , повреж ісшіс корневей системы и \ нич гожепне клубеньков в процессе ана но,а. Mio деласі невозможным получение нигомемва у лучших отобранных образцов и нс- нольюванис их в дальнейшем селекционном процессе.

Анализ многочисленных научных работ показал, что процесс фиксации азота в значительной степени зависит от снабжения клубеньков фогоассимилятами. Расгения с активным фотосинтезом характеризуются высокой азотфиксацией [5-9]. Связь между этими процессами положительная, тесная и сохраняется по этапам онтогенеза. Азотфик-сация достигает максимума в фазу цветения [10-1 1]. Существует и суточный ритм, при котором активность клубеньков строго следует суточному режиму поступления продуктов ассимиляции углерода 112]

Целью данной работы было определение связи между азотфиксирующей способностью различных сортов сои и содержанием хлорофиллов: а, « а* в в листьях растения в период цветения.

Опыты провод или в вегетационных сосудах на различных субстратах при естественном освещении в 1990 г., а также в полевых условиях на экспериментальной базе ВНИИМК с использованием общепринятой агротехники выращивания сои в 1991 г.

• 13    опыте первом - растения сортов Ходсон и Ладья выращивали в вегетационных сосудах при естественном освещении на субстратах: керамзите (В I), песке (В2), смеси - 50 % почвы + 50 % песка (ВЗ), смеси: 25 % почвы і 75 % песка (В4). Отбор проб проводили на 5-ый лень после начала цветения растений.

Опыты 2 и 3 проводили в нолевых условиях. Для исследования были взяты сорта, ра сличающиеся но происхождению, продуктивности, азотфиксирующей способности: Штамм Дорнбургер. ВИР-1274, Bs-46, Ходсон. Ладья. Ранняя-10, Т-201 (безклубенько-вая). Отбор проб проводили на 7-ой день (опыт 2) и на 12-ый день (опыт 3) после начала цветения в одно и то же время суток.

В период цветения в интересующих нас растениях пробоотборником вычленяли 3 листовых лиска в полностью сформированном третьем сверху тройчатом листе. Из них высечек брали навеску 0,1 г, растирали в фарфоровой ступке с небольшим количеством СаСО; или МцСОз и добавляли 2-3 мл 100 % ацетона, настаивали 2-3 минуты. Экстракт переносили на стеклянный фильтр, фильтровали с водоструйным насосом. Экстракцию повторяли 3-4- раза до полного извлечения пигментов. Экстракты переносили количественно в мерную пробирку на 10 мл и доводили чистым растворителем до метки. На спектрофотометре определяли экстинкцию раствора.

Экспериментальные данные гюказали, что, между азотфиксирующей способностью сои, определенной легоглобиновым методом и содержанием хлорофилла « достоверной связи пет, в го время как с содержанием хлорофилла а связь была высокой и дос говорной.

Содержание хлорофилла а определяли по формуле:

хл а (9,7 84 х Д 662 - 0,99 х Д 644): 10. где хл а ■ содержание хлорофилла а в мг на 1 г листьев,

9,784 и 0,99 коэффиниенты уравнения,

Д 622 и Д 644 значения экстинкций раствора при длине волны 662 нм и 644 нм соо і встственно. 10 разбавление.

I dojui^i. Азотфиксирующая и фотосинтетическая способность различных сортов сои

Сирт сои	Содержание	Ранжи-	.                                                                                                                                                         ......... і ( одержание хло-	1 Ранжи
	і лепи л оби на.	ронка	рофилла «а>>.	■     ревка
	j      уел. ед.		, м; ч сыр. вещ.
		Опыт 1
Ходсин-В I	0	7	0,420	"7
Ладья -BI	0	7	0,420	7
Ходсон-В2	2,978		0,929	1
Ладья -В2	2.748	2	0.924	2
Ходсон-В3	1,984	4	0.918	4
Ладья 433	1,278	6	0.710	6
ХодсонЛСЗ	2.280		0,920	3
Ладья -В4	L702		0 01 1	5
		Опыт 2
Шчамм Дорн бургер	3.260	6	1.774	5
ВИР ^ 1 74	4.946	4	1 730	6
BS-46	4.498	5	1,828
Ходсон	6,354		2.304	[
Ладья	5.872	а	1,906	3
Ранняя-10	6.288	2	1 77	>
Г-201	0	7	0.695
		ОпытД
111 гамм Дорнбу pi ср	7.471	6		г.
ВИР 2 174	12.365	3		3
BS-46	9,025			4
Ходсон	12.754			-л
Ладья	9.477	4		5
Ранняя-10	12.857
Г-201	0			7

В опыте I коэффициент корреляции между изучаемыми показателями составил: г* 0,944, в опыте 2 - г 0,953, в опыте 3 - т0,948.

В дальнейшем провели ранжировку образцов согласно содержанию леюглобина в клубеньках и хлорофилла а в листьях (см. таблицу).

• 1    Іпедсчавлепныс в таблице двухлетние экспериментальные данные енмдетельсі -вуют о том, что ранжировка обращен по содержанию в листьях хлорофилла л и ранжировка но АФС растений, определенная легоглобиновым способом, совпадают в нервом опыте на 100 %, во втором - на 89, в третьем - на 96 Со. И эчо, на наш взгляд, вполне приемлемо для предвари тельной массовой оценки образцов.

• 2.    Чупдерова А.И., Алисова (\М, Алексеева ЕЛ. Влияние полиплоидии растения-хозяина на эффективность его симбиоза с Khisobium // Сборник научных трудов ВНИИ с.-х. микробиологии. - 1979. - 'Г. 48. -- С. 137-143.

• 3.    Сичкарь ВЛ.. Луговой АЛ., Князев А.В., Патыка В.Ф., Толкачев КЗ. Влияние погодных условий на формирование клубеньков у сои и их нитрогеназную активность П Физиология и биохимия культурных растении. - 1989. -Т. 21. -№ 2 (119). - С, 135-140.

• 4.    Кетшк ю hi ВС. Гв о зд ш< ова К. Е.. К а. 7 енов К. А., Кл ю к а В. И. . /7 и к иф о ров а 7 М. Определение азотфиксирующсй способности сои ацетиленовым и легоглобиновым ме-юдами // Научно-технический бюллетень ВНИИМК. - Краснодар, 1995. Вып. 116. -С. 66-70.

• 5.    Романов ВЛ. Энергетика симбиотической азогфиксации у бобовых и ее связь с фоюсингезом // Молекулярные механизмы усвоения азота растениями. - М.: Наука, 198. 264 с.

• 6.    Романов ВЛ. Взаимосвязь процессов азотфиксации и фотосинтеза в бобовом расіснип Е биологическая фиксация молекулярного азота. Материалы VI Всесоюзного баховского коллоквиума. - Киев: Паукова думка, 1983. -С. 147-154.

• 7.    Sheehy ЕЕ.. Tishheck К. РһіПуіх D.A. Screening alfalfa for photosynthesis and nitrogen fixation. Hort Scrence. 1979. - V. 14. - №3(111). - P. 402.

• 8.    Алисова С. M., Алексеева ЕЛ.. Тихонович И.А. Изучение внутривидового варьирования по эффективности симбиотической азотфиксации у фотосинтетических мутантов гороха Н Биологическая фиксация молекулярного азота. Материалы VI Всесоюзного баховского коллоквиума. -Киев: Паукова Думка, 1983. -С. 103-105.

• 9.    Волкова Т.Н., Енкина О. В., Мякушко ЮЛ.. Варанов В Ф., Чернова ВЛ., Горелова ОЛ. Соотношение роли растительного и микробного компонентов в эффективности бобово-ризобналыіоіо симбиоза// Микробиология. --1985. - В. 5. - С. 857-860.

• 10.    Кейве Я. В. Жизневская ЕЯ Гемоглобин в клубеньках бобовых культур. Микроэлементы и фиксация молекулярного азота// Известия АН СССР Сер. биол. -1966. -Вып. 5. С. 644-652.

• 12.    Pate L., Micchin PR Comperative studies о I carbon and nitrogen nutrition of selected grain legumes // Advances in Legume Sci Kcw Richomoncl. -1980. -P. 105-114.

Использование предлагаемого способа отбора растений с повышенной симбиотической азотфиксирующей способностью имеет сущесч венные преимущества перед известными способами. Во-первых, позволяет провести прижизненную сравнтельную массовую оценку АФС растений сои, выращенных в полевых условиях в агрофитоценозе при любых условиях внешней среды: во-вторых, позволяем' получить потомство от лучших но этому признаку растений с последующим вовлечением их в селекционный про- цесс, гак как отбор пробы на анализ не нарушает систему жизнеобеспечения растений и позволяет им нормально функционировать вплоть до уборки урожая.