Реализация биологического потенциала сои в симбиозе с ассоциативной микрофлорой

Такой диссонанс главным образом обусловлен природными и экономическими рисками. При этом основным лимитирующим фактором реализации биологического потенциала сои на территории нашей страны является недостаток влаги. Тогда как её потребность в воде на единицу сухого вещества в 1,5-2,0 раза выше по сравнению с зерновыми культурами при достижении критических показателей в период бутонизации, цветения и формирования бобов. Несоответствие местных условий влагообеспеченности потреб- ностям данной высокобелковой культуры неблагоприятно сказывается на её семенной продуктивности [1, 5, 11, 12].

Для стабилизации производства соевого белка в России в условиях глобального потепления климата [16], необходимо внедрение адаптивных сортовых технологий, которые бы способствовали созданию устойчивых агроценозов при минимальных затратах ресурсов. В этой связи повышение стрессоустойчиво-сти сельскохозяйственных культур путём создания защитных растительно-микробных симбиозов (ассоциации растений с полезными ризосферными микроорганизмами) является одним из перспективных подходов в решении задач устойчивого земледелия и особенно актуально при возделывании бобовых, которые отличаются высоким средообразующим и сим-биотрофным потенциалом [3, 4, 8, 9, 13, 15, 24].

Одним из механизмов антистрессового эффекта на растения в условиях симбиоза, присущим АЦК-утилизирующим ризобактериям, является подавление ингибирующего действия этилена, интенсивно продуцируемого макросимбионтом в условиях стресса (инфекции, засуха, переувлажнение, засоление почвы, загрязнение её отходами производства, пестицидами, тяжёлыми металлами и др.) [2, 18, 19]. О данном фитостимулирующем действии ассоциативных бактерий с АЦК-дезаминазной активностью свидетельствуют лабораторные исследования как российских, так и зарубежных учёных [17, 20-23]. При этом отсутствует информация об апробации данных микроорганизмов в полевых экспериментах.

В этой связи целью наших исследований было изучение влияния различных штаммов АЦК-утилизирующих бактерий на реализацию биологического потенциала сортов сои северного экотипа в условиях агроценоза Орловской области.

Материалы и методы исследований

Лабораторные исследования проводились в ЦКП «Экологический и агрохимический мониторинг сельскохозяйственного производства и среды обитания» ОрёлГАУ, а полевые опыты закладывались во ВНИИ ЗБК в 2012 г.

Растения выращивались в селекционном севообороте на делянках площадью 10 м ² в четырехкратной повторности. Метод размещения опытных делянок – рендомизированный. Посев осуществляли 21 мая с помощью селекционной сеялки WINTERSTEIGER (Австрия).

Предшественник – черный пар. Почва опытного участка серая лесная, слабокислая (рН - 5,4) со средним содержанием гумуса (4,63%), со средним содержанием фосфора (12,7 мг/100г почвы) и калия (8,9 мг/100 г почвы).

Объектом исследований служили два раннеспелых сорта сои: Красивая меча и Свапа (селекция ВНИИЗБК).

Микробные препараты, используемые в опытах – штаммы ассоциативных бактерий с АЦК-дезаминазной активностью Pseudomonas oryzihabitans 3P-4 и Variovorax paradoxus EP4 изготовлены во ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии (г.

Санкт-Петербург). Микробные препараты вносили в рядки при посеве, а также в фазу всходов (10% р-р). В опыте использовали общий фон удобрений ½ N 24 P 60 K 60 в виде тукосмеси с процентным содержанием элементов минерального питания 9,8:24,5:24,5.

Метеорологические условия 2012 г. имели отклонения от среднемноголетних данных и сопровождались неравномерным распределением осадков и колебаниями температуры воздуха в течение вегетационного периода сои.

В третьей декаде мая, пришедшейся на посев сои, выпало в 6 раз меньше осадков по сравнению со средним многолетним значением. В тоже время температура воздуха доходила до 16,3°С, что превысило многолетний показатель на 1,2°С. Данные условия привели к недостатку влаги в почве для прорастания семян, что в свою очередь обеспечило неравномерную всхожесть.

В первой декаде июля, пришедшейся на начало цветения, осадков выпало в 2,1 раза меньше средней многолетней нормы, что в свою очередь снизило интенсивность ростовых процессов и симбиотическую активность растений. Начиная со второй декады июля температура воздуха и количество осадков в целом находились в пределах среднемноголетних показателей, что совпало с потребностями растений во влаге и тепле и создало благоприятные условия для их роста, развития и формирования продуктивности.

Учёт количества и массы клубеньков на корнях растений осуществлялся методом монолитов [10]. Нитрогеназную активность определяли методом редукции ацетилена [14]. Оценка урожайности сортов проводилась согласно методике Госсортосети [6]. Содержание белка в семенах сои определяли с помощью анализатора зерна Infratec™ 1241 по оригинальной методике (Foss). Полученные данные обработаны с помощью компьютерной программы «Statistica».

Результаты и их обсуждение

Результаты наших исследований продемонстрировали отзывчивость изучаемых сортов сои на использование штаммов АЦК-утилизирующих бактерий, которые в условиях недостаточной влагообеспе-ченности посевов оказали положительный биологический эффект на растения, что главным образом выражалось в активизации их симбиотической деятельности. При этом была отмечена специфичность реакций генотипов в ответ на факторы биологической интенсификации.

Выявлено стимулирующее действие ассоциативных бактерий на формирование симбиоза растений с местными популяциями клубеньковых диазотрофов. Причём существенные изменения величины симбиотического аппарата происходили лишь у сорта Красивая меча, который по сравнению с сортом Свапа характеризовался меньшим количеством клубеньков (см. таблицу 1).

Так, наиболее мощный симбиотический аппарат у растений в фазе начала цветения был сформирован в варианте с внесением в рядки биопрепарата на основе штамма Pseudomonas oryzihabitans 3P-4. Количество активных клубеньков в данном случае превысило контрольный показатель на 44,4%, а их масса – на 61,4%. Повышение эффективности клубенькообразо-вания, по нашему мнению, могло быть связано с продуцированием ризобактериями ИУК, мобилизацией фосфатов и антагонизмом к фитопатогенным грибам.

Таблица 1. – Биологическая эффективность использования АЦК-утилизирующих бактерий в агроценозах сои (фаза начала цветения), 2012

Варианты	Количество клубеньков, шт./раст.	Масса клубеньков, г/раст.
Красивая меча
1.Контроль (фон ½ N 24 P 60 K 60 )	18	169,50
2.Фон + Pseudomonas oryzihabitans , шт. 3P-4	26*	273,61*
3.Фон + Variovorax paradoxus, шт. EP4	21*	79,91
Свапа
1.Контроль (фон ½ N 24 P 60 K 60 )	26,13	311,37
2.Фон + Pseudomonas oryzihabitans , шт. 3P-4	22,20	331,77
3.Фон + Variovorax paradoxus, шт. EP4	26,40	300,16

*- P 0 <0,05

Наряду с повышением нодуляционной способности у растений сорта Красивая меча в условиях тройного симбиоза отмечалась активизация азотфикси-рующей функции. В свою очередь у сорта Свапа прослеживалась аналогичная тенденция перехода на сим-биотрофный тип питания азотом без изменения биометрических параметров симбиотического аппарата (см. рисунок 1).

наиболее отзывчивы на интродукцию штамма Pseudomonas oryzihabitans , шт. 3P-4.

Фитостимулирующее действие псевдомонад при дефиците почвенной влаги могло быть связано с улучшением водного питания растений за счёт удлинения корневых волосков, а также повышением эффективности использования растениями воды. Данный эффект АЦК-утилизирующих бактерий был описан учёными ВНИИСХМ в экспериментах с растениями картофеля и томатов [18, 20].

Улучшение метаболически значимых функций растений сои при формировании ассоциаций с интродуцируемыми микроорганизмами рода Pseudomonas обеспечило максимальный хозяйственный эффект (см. таблицу 2).

Таблица 2. – Сбор белка с урожаем различных сортов сои, т/га (2012)
Варианты	Красивая меча	Свапа
1.Контроль (фон ½ N24P60K60)	0,97	1,17
2.Фон + Pseudomonas oryzihabitans , шт. 3P-4	1,12*	1,47*
3.Фон + Variovorax paradoxus, шт. EP4	1,08	1,19

* - P 0 <0,05

Благодаря фитостимулирующему действию псевдомонад урожайность зерна у сортов Красивая меча и Свапа увеличилась от 16,4 до 26,6% соответственно. Высокая продуктивность агроценозов при формировании эффективных растительно-микробных систем позволила увеличить сбор белка с единицы площади, который достигал 1,12-1,47 т/га в зависимости от сорта, что, главным образом, было обусловлено стимулирующим действием ризобактерий на бобово- ризобиальный симбиоз.

Рисунок 1. Количество азота воздуха, фиксируемое агроценозами сои (фаза начала цветения), кг/га

Так, по сравнению с контролем количество молекулярного азота, фиксируемого агроценозами сортов Красивая меча и Свапа, соответственно, увеличилось в 1,3-2,4 и 1,5-3,0 раза в зависимости от микробного препарата, и достигало 60-140 кг/га в зависимости от сорта. При этом оба изучаемых генотипа были

Заключение

Использование полезных свойств ассоциативных микроорганизмов при выращивании современных сортов сои северного экотипа в условиях Орловской области позволило наиболее полно реализовать их биологический потенциал при активизации азотфик-сирующей деятельности растений и повышении стрессоустойчивости. При этом изучаемые генотипы были наиболее отзывчивы на интродукцию ассоциативных бактерий рода Pseudomonas , в результате чего агроценозы усваивали до 60-140 кг/га азота воздуха, а сбор белка с гектара достигал 1,12 и 1,47 т в зависимости от сорта.

Реализация фитостимулирующего потенциала АЦК-утилизирующих бактерий при возделывании сои является перспективным способом создания устойчивых агроценозов культуры для наращивания объёмов производства растительного белка при снижении ресурсозатрат.

Биология в сельском хозяйстве (№1,2013)