Отзывчивость сои на использование биопрепарата АЦК-утилизирующих ризобактерий

Введение. Сегодня экологизация и ресурсосбережение являются проблемами мирового уровня, поскольку в сло^ившихся условиях на кону стоят здоровье человека и качество ^изни, что соответственно повышает требования к качеству производимой продукции. Товаропроизводители многих стран у^е пришли к пониманию того, что устойчивое развитие сельского хозяйства невозмо^но без перехода к новым ресурсосберегающим технологиям, обеспечивающим экологическое равновесие и гармонию с природой.

В решении этих вопросов ва^нейшее значение имеет использование средообразующей функции зернобобовых культур, которые отличаются высокой симбиотрофностью [1-3].

Уникальная способность зернобобовых вступать в поликомпонентный симбиоз с различными группами полезной почвенной микрофлоры позволяет не только улучшать почвенные свойства и минеральное питание растений, повышать уро^ай и его качество, но и делает их ценными предшественниками в системе севооборота, способствуя интенсификации производства растительного белка с участием симбиотически фиксированного азота при возмо^ности экономии минеральных удобрений [4-9].

В этой связи поиск и практическое применение новых микроорганизмов с полифункциональными свойствами, которые позволят повысить эффективность возделывания зернобобовых культур за счет реализации их симбиотического потенциала является весьма перспективным. При этом особую актуальность в условиях изменяющегося климата представляет использование ^ЦК-утилизирующих ризобактерий, обладающих универсальным антистрессовым эффектом на растения. Механизмами их фитостимулирующего действия являются: подавление ингибирующего действия этилена, интенсивно продуцируемого растением в условиях стресса

(инфекция, засуха, переувла^нение, засоление почвы, загрязнение её пестицидами, тя^ёлыми металлами и др.), синтез ИУК, активизирующей рост растений, повышение эффективности использования растениями воды и питательных веществ и др. О данных поло^ительных эффектах ассоциативных ризобактерий с ^ЦК-дезаминазной активностью свидетельствуют результаты многочисленных лабораторных исследований [10-13]. При этом отсутствует информация об эффективности данных микроорганизмов в условиях агроценоза сои при совместном применении с клубеньковыми бактериями и минеральными удобрениями.

Цeлью исслe^oʙаʜий было изучение отзывчивости агроценозов сои на интродукцию ^ЦК-утилизирующих ризобактерий в зависимости от уровня минерального питания растений.

Услoʙи^, матeриалы и мeтo^ы. Научные исследования выполнены в 2013-2015 гг. в рамках тематического плана-задания Министерства сельского хозяйства Российской Федерации. Лабораторные эксперименты осуществлялись на кафедре растениеводства при использовании оборудования ЦКП НО «Экологический и агрохимический мониторинг сельскохозяйственного производства и среды обитания» Орловского Г^У, а так^е лаборатории ризосферной микрофлоры ФГБНУ ВНИИСХМ (Санкт-Петербург). Полевой опыт был зало^ен в севообороте НОПЦ «Интеграция» Орловского Г^У.

Объектом исследований слу^ил раннеспелый сорт сои Свапа (селекция ФГБНУ ВНИИЗБК), районированный по 5 региону. Растения выращивались в семипольном севообороте зернового типа на делянках площадью 10 м2 в четырехкратной повторности. Метод размещения опытных делянок – рендомизированный. Почва опытного участка темно-серая лесная среднесуглинистая среднекислая (рН 5,0) со средним содер^анием гумуса (3,8%), повышенным количеством подви^ного фосфора (12,9 мг/100г почвы) и обменного калия (15,9 мг/100 г почвы).

Микроорганизмы, изучаемые в опыте: перспективный штамм ризобактерий с ^ЦК-дезаминазной активностью Pseudomonas oryzihabitans EP4 и производственный штамм клубеньковых бактерий Bradyrhizobium japonicum 634б. Штаммы микроорганизмов предоставлены Всероссийским НИИ сельскохозяйственной микробиологии (г. Санкт-Петербург). Использовали два фона минерального питания растений – NPK 100% (доза минеральных удобрений из расчета на планируемый уро^ай 3 т/га) и NPK 70% (70% дозы минеральных удобрений на планируемый уро^ай 3 т/га) .

Штамм клубеньковых бактерий использовали для предпосевной инокуляции из расчета 200 г на гектарную норму семян. Штамм ^ЦК-утилизирующих ризобактерий вносили в рядки в фазу всходов (10% р-р). NPK вносили в почву перед посевом в виде диаммофоски (10:26:26).

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, на которую приходилcя сев сои, характеризовалась засушливыми условиями (ГТК = 0,2). Июль, совпавший с бутонизацией и цветением, в 2013 г. отличался недостаточным увла^нением (ГТК = 0,9), а в 2014 году был засушливым (ГТК = 0,3). В то время как в 2015 г. в этот период выпало 84,6% месячной нормы осадков, что создало благоприятные условия для формирования генеративных органов растений. Для августа, когда происходило формирование и налив семян, в 2013, 2014 и 2015 гг. была характерна засуха (ГТК, соответственно, 0,6, 0,2 и 0,4). Разнообразие метеорологических условий в годы наших исследований позволило получить объективную оценку отзывчивости сои на интродукцию ^ЦК-утилизирующих ризобактерий.

Результаты и обсуждение. Согласно полученным экспериментальным данным, наибольшей нодуляционной способностью соя Свапа обладала на полном фоне минерального питания (табл. 1).

Таблица 1 – Нодуляционная способность различных сортов сои в зависимости от условий питания растений (фаза цветения, среднее 2013-2015 гг.)

Варианты	NPK 100%	NPK 70%
Количество клубеньков, млн. шт./га
1. Контроль	2,9	0,6
2. Штамм 634б	5,1*	1,1*
3. Pseudomonas	4,2	0,4
4. Штамм 634б + Pseudomonas	4,5*	2,9*
Масса клубеньков, кг/га
1. Контроль	29,9	18,4
2. Штамм 634б	132,9*	36,3*
3. Pseudomonas	43,0*	12,4
4. Штамм 634б + Pseudomonas	100,9*	121,0*

Примечание: достоверно при *Р 0 <0,05.

При этом интродукция микроорганизмов позволила активизировать симбиотическую деятельность агроценозов сорта. Наиболее высокой нодуляцией корней он отличался в варианте с моноинокуляцией производственным штаммом клубеньковых бактерий 634б, которая способствовала увеличению количества и массы клубеньков в 1,8 и 4,4 раза, соответственно, по сравнению с контролем.

Результаты наших исследований показали, что перспективный штамм ^ЦК-утилизирующих ризобактерий так^е оказывал стимулирующее действие на формирование бобово-ризобиального симбиоза в агроценозах сои. Причем совместная интродукция псевдомонад и ризобий обеспечила максимальный биологический эффект, позволив растениям сформировать в 1,6 раза больше клубеньков, которые по своей массе превосходили контрольный уровень в 3,4 раза.

Однако необходимо отметить, что при сокращении дозы минеральных удобрений растения сои были более отзывчивы на данный агроприем, образуя более крупные клубеньки, по количеству и массе превосходящие контрольный показатель в 4,8 и 6,6 раза, соответственно.

Вероятно, данный поло^ительный эффект ^ЦК-утилизирующих ризобактерий связан с их ростстимулирующим действием на растения в условиях стресса (засуха, переувла^нение), усилением корневой экссудации, активизирующей ^изнедеятельность почвенной микрофлоры и определяющей хемотаксис. В частности, благодаря ферменту ^ЦК-дезаминазе мог быть ослаблен биосинтез стрессового фитогормона этилена, который препятствует образованию азотфиксирующего симбиоза бобовых с ризобиями [12, 16].

Приемы регуляции растительно-микробных взаимодействий (РМВ) наряду с улучшением нодуляции корней сои, способствовали повышению функциональной активности клубеньков (рис. 1).

0,8 ^{e^.}

0,75

0,7

0,65

0,6

^^ Нитрогеназная активность

Pseudomonas

□ Квантовый выход

б)

Рисунок 1 – Связь симбиотической и фотосинтетической деятельности растений сои Свапа в зависимости от условий выращивания: а) NPK 100%; б) NPK 70% (среднее 2013-2015 гг.)

Наибольшие показатели нитрогеназной активности клубеньков были отмечены на сокращенном фоне минерального питания. Комплексная интродукция ризобий и ризобактерий рода Pseudomonas обеспечила максимальную активность нитрогеназного комплекса, которая превысила контрольный уровень в 3,4 раза.

При этом изменение функциональных параметров симбиотической и фотосинтетической деятельности растений носило сопря^енный характер, о чем свидетельствует повышение эффективности фотохимических реакций в листьях сои, который был ярче выра^ен на полном фоне минерального питания.

Так, например, в вариантах с интродукцией ризобий и псевдомонад на фоне NPK 100% у растений наряду с повышением нитрогеназной активности в 2,0 и 1,5 раза, соответственно, произошло увеличение доли квантов света, участвующих в процессе фотосинтеза на 14,9 и 4,9%.

Тогда как на сокращенном минеральном фоне азотфиксирующая активность растений была в большей степени связана с увеличением площади ассимиляционной поверхности листьев, а так^е повышением интенсивности поглощения углекислого газа (табл. 2).

Таблица 2 – Изменение линейных и функциональных параметров фотосинтеза у сои Свапа на фоне NPK 70% (фаза цветения, среднее 2013-2015 гг.)

Варианты	Площадь листьев, см2/растение	Интенсивность фотосинтеза, μmol CO 2 /m2s
1. Контроль	418,8	0,50
2. Штамм 634б	850,8*	0,60*
3. Pseudomonas	686,9*	0,28
4. Штамм 634б + Pseudomonas	739,5*	0,73*

Примечание: достоверно при *Р 0 <0,05.

Так, к примeру, в варианте с комплексным использованием клубеньковых диазотрофов и ^ЦК-утилизирующих ризобактерий, характеризующемся наиболее высокой нитрогеназной активностью, была отмечена максимальная интенсивность фотосинтеза, превысившая контрольный показатель на 46%. При этом площадь листьев по сравнению с контрольным вариантом увеличилась в 1,8 раза.

Сопря^енный характер изменения линейных и функциональных параметров фотосинтетической и симбиотической деятельности растений был нами ранее показан на примере других зернобобовых культур [17, 18].

Интенсификация основных физиологических процессов растений сои в условиях эффективного симбиоза способствовала повышению реализации потенциала продуктивности сорта (табл. 3).

Вариант с комплексной интродукцией ризобий и псевдомонад при сни^ении дозы минеральных удобрений так^е обеспечил максимальную прибавку уро^айности у изучаемого сорта, в результате которой сбор зерна с гектара в среднем за годы исследований превысил контрольный показатель в 1,6 раза.

По нашему мнению, такой поло^ительный эффект обусловлен наиболее полной реализацией биологического потенциала сорта за счет формирования эффективной симбиотической системы при уменьшенной дозе NPK. Вероятно, растения данного гeнотипa в условиях тройного симбиоза за счет ростстимулирующей и защитной функций микроорганизмов могут более эффективно использовать питательные вещества почвы, что позволяет повысить их стрессоустойчивость и продуктивность при сни^ении затрат на минеральные удобрения.

Таблица 3 – Уро^айность сои Свапа в разные годы исследований в зависимости от факторов регуляции РМВ, т/га

Варианты	2013 год		2014 год		2015 год
	NРK 100%	NРK 70%	NРK 100%	NРK 70%	NРK 100%	NРK 70%
1. Контроль	2,14	1,84	2,40	2,08	2,75	2,04
2. Штамм 634б	3,23	3,33	2,78	2,43	3,03	2,33
3. Рseudоmоnаs	2,46	2,46	2,50	2,80	3,00	2,46
4. Штамм 634б + Рseudоmоnаs	2,96	3,64	2,67	2,80	2,46	3,08
НСР 0,5	0,9	0,4	0,5	0,5	0,5	0,5

Вместе с тем в данном варианте доля симбиотически фиксированного азота в формировании семенной продуктивности сои по сравнению с контролем увеличилась в 2,4 раза и превысила 34% (рис. 2).

%

■ NPK100%

■ NPK70%

Рисунок 2 – Доля симбиотически фиксированного азота в уро^ае зерна сои Свапа в зависимости от факторов интенсификации, % (среднее 2013-2015 гг.)

Согласно концепции растительно-микробных взаимодействий [19, 20], многие бактерии могут повышать доступность питательных элементов для инокулированных растений [11]. На изменение метаболизма питательных элементов у растений при формировании ассоциаций с микроорганизмами указывают и наши экспериментальные данные.

Интродукция в агроценозы сои Свапа полезных ризосферных микроорганизмов на различных агрофонах повысила обеспеченность растений минеральными элементами (рис. 3).

Наибольшие показатели выноса элементов питания были отмечены при комплексном использовании штамма клубеньковых бактерий 634б и ^ЦК-утилизирующих ризобактерий рода Pseudomonas . Их аддитивный и синергетический эффекты обусловлены активизацией минерального питания растений и оптимизацией его баланса за счет интенсивного поглощения минеральных туков, а так^е повышенной азотфиксирующей и фотосинтетической активностью.

%

Штамм 634б + Pseudomonas

а)

% ₃₅

Контроль

Штамм 634б

Pseudomonas

■N   ■P   ■K ■ Ca ■ Mg

Штамм 634б + Pseudomonas

б)

Рисунок 3 – Элементный состав листьев сои Свапа в зависимости от условий питания, г/ кг: а) NPK 100%; б) NPK 70% (фаза цветения, среднее 2013-2015 гг.)

Так, на полном минеральном фоне данный элемент агротехники способствовал увеличению потребления азота на 17%, фосфора – 12%, калия – 10%, кальция – 23% и магния – 10,3%, по сравнению с контролем. При этом на фоне NPK 70% отмечено увеличение использования азота на 24,2%, фосфора – 17,3%, калия – 12,4%, кальция – 24,1% и магния – 24,5%, по сравнению с контролем. Большая эффективность ризобактерий на фоне NPK 70% по сравнению с фоном NPK 100%, соответствует научной концепции о растительно-микробных взаимодействиях, поло^ительный эффект которых в большей степени проявляется в неблагоприятных условиях.

Это, в свою очередь, дает возмо^ность рентабельного производства более дешевого качественного растительного белка при сни^ении затрат, связанных с внесением минеральных удобрений, в размере до 4 тыс. руб./га.

Выво^ы. Таким образом, результаты наших исследований показали высокую отзывчивость сои сорта Свапа на интродукцию ^ЦК-утилизирующих ризобактерий, которые благодаря ростстимулирующим и защитным свойствам способствовали повышению эффективности инокуляции семян ризобиями, стимулируя азотфиксирующую и фотосинтетическую деятельность растений. Это в свою очередь позволило повысить эффективность используемых минеральных удобрений, доза внесения которых была сни^ена на 30% без потери уро^ая.

В этой связи, использование ^ЦК-утилизирующих ризобактерий является перспективным способом повышения эффективности возделывания сои, позволяя увеличить производство качественного зерна за счет реализации симбиотического потенциала культуры при сни^ении ресурсозатрат.