Культура клубеньковых бактерий используемая для повышения урожайности земли
Обновлено: 05.10.2024
Микробиологические и бактериальные удобрения — препараты, содержащие высокоактивные микроорганизмы, улучшающие условия питания сельскохозяйственных культур.
Уровень потенциального и эффективного плодородия почвы обусловливается интенсивностью и направленностью микробиологических процессов, которые регулируются численностью микроорганизмов.
Микробиологические и бактериальные препараты содержат специфические штаммы микроорганизмов, под действием которых в почве активизируются процессы превращений соединений, содержащие питательные вещества.
Широкое распространение получили препараты, содержащие штаммы азотфиксирующих бактерий. Интерес к микробиологической фиксации атмосферного азота обусловлен ролью этого процесса в азотном балансе и его перспективностью как источника азота для обеспечения растущих нужд сельского хозяйства. При этом аргументами выступают его безвредность для человека и окружающей среды при относительно малых затратах энергии на активизацию азотфиксирующих микроорганизмов.
Согласно полевым исследования отечественных и зарубежных ученых, если сельскохозяйственные культуры 10-20% своей потребности в азоте будут покрывать за счет азотфиксации, то приём инокуляции внесет значительный вклад в азотный баланс.
Препаративные формы микробных удобрений бывают: жидкие, гранулированные, гелеобразные, сыпучие.
Страны производители бактериальных удобрений и объёмы производства:
- США — 20 млн га/порций ежегодно;
- Канада — 2,5 млн га/порций ежегодно;
- Австрия — 6-9 млн га/порций ежегодно;
- Бразилия — 4-6 млн га/порций ежегодно;
- Индия — 2-4 млн га/порций ежегодно;
- Аргентина — 2-3 млн га/порций ежегодно;
- Уругвай — 1-2 млн га/порций ежегодно;
- Россия — 0,3 млн га/порций ежегодно.
Предпосевная обработка семян бактериальными удобрениями может проводиться с применением прилипателя, так и без него. В качестве прилипателя используется 2,0%-й водный раствор NaKМЦ.
Бактериальные удобрения хранят в сухих помещениях, защищенных от осадков и прямых солнечных лучей, температура хранения от 0 до + 4 °С. Срок годности зависит от вида и формы бактериальных удобрений.
В мировой практике внимание уделяется роли почвенной биоты в улучшении фосфорного питания растений.
Нитрагин
Нитрагин — бактериальный препарат, содержит активные расы клубеньковых бактерий — Bacterium radicicola, которые живут на корнях бобовых культур и усваивают атмосферный азот, используя поступающие к корням углеводы. Каждой бобовой культуре соответствуют специфичные для нее клубеньковые бактерии. Поэтому в зависимости от культуры нитрагин должен содержать специфичные, высоко активные и вирулентные штаммы клубеньковых бактерий
Инокуляция — прививка клубеньковых бактерий бобовым культурам. Проводят путем обработки препаратом семян бобовых растений. При прорастании клубеньковые бактерии попадают в корни растений.
Ризобактерин
Ризобактерин и его усовершенствованная форма Ризобактерин-С — препарат, разработанный на основе ассоциативного диазотрофа. Титр — 2-2,5 млрд жизнеспособных клеток/мл. Способствует фиксации атмосферного азота, биосинтез ПУК, подавлению жизнедеятельности корневых патогенов. Форма — жидкая. Предназначен для предпосевной обработки семян зерновых культур (200 мл/га) для повышения урожайности, качества продукции и интенсификации биологической азотфиксации.
В основу препарата входят азотфиксирующие микроорганизмы (Klebsiellaplanticola 5), отличающиеся высокой колонизирующей способностью, ростостимуляцией, антимикробным действием.
Усвоение азота атмосферы позволяет уменьшить рекомендуемые дозы азотных удобрений под зерновые культуры на 15-30 кг/га. Прибавка урожая в среднем составляет: ячмень — 5-6 ц/га, озимая рожь — 6 ц/га, яровая и озимая пшеница — 3,5-4,5 ц/га.
Замена минерального азота удобрения на биологический не означает продуктивного его использования, так как метаболизм растений зависит также от других элементов питания, в частности, фосфора. При его недостатке азот не включается в состав белков и нуклеиновых кислот, накапливается в виде нитритов и нитратов, ухудшая качество продукции.
Ризоторфин
Ризоторфин содержит клубеньковые бактерии рода Rhizobium, которые живут на корнях бобовых растений и обеспечивают симбиотическую фиксацию азота воздуха. Применяют только под бобовые культуры. Из накапливаемых этими культурами 100-300 кг азота на 1 га в год, 1/3 потребляется растениями из почвы, 2/3 усваивают клубеньковые бактерии из воздуха.
Известно 11 видов бактерий Rhizobium (по Л.М. Доросинскому). Каждый вид инфицирует один или несколько видов бобовых культур, поэтому ризоторфин готовят для определенной бобовой культуры.
Выпускают в полиэтиленовых пакетах, масса бактерий рассчитана на одну, две или пять гектарных порций.
Препаратом обрабатывают (инокулируют) семена перед посевом. Ризоторфин повышает урожайность бобовых на 10-15%, в хозяйствах, выращивающих их впервые, — на 50-100%.
Ризоторфин получают на основе стерилизованного торфа. Выпускается в полиэтиленовых пакетах, расфасованных в расчете на 1, 2 или 5 гектарных порций с указанием под какую культуру предназначен препарат и штамм бактерий. Срок годности — 6 месяцев. Хранится в темном сухом помещении отдельно от пестицидов при температуре 3-15°С. При отрицательных температурах, а также выше 15°С, часть клубеньковых бактерий погибает, причем перегрев более опасен. Если при транспортировке или хранении ризоторфин подвергался замораживанию, его выдерживают при температуре 13-15°С в течение 7-10 суток.
Азобактерин
Азотобактерин – бактериальный препарат, содержащий культуру азотобактера — Azotobacter chroococcum — микроорганизма, свободноживущего в почве со способностью усваивать атмосферный азот.
Азотобактерин выделяет витамины и ростовые вещества, обладает фунгистатическим действием, то есть препятствует развитию грибов, предохраняя растения от заражения.
Азотобактерин применяется при выращивании любых сельскохозяйственных культур. В качестве удобрений изготовляется два вида азотобактерина: перегнойно-почвенный, или торфяной, и агаровый.
Фосфобактерин
Фосфобактерин — препарат, содержащий спороносную бактерию Bacillus megaterium var. phospaticum способную минерализовать фосфор органических соединений.
Выпускается в сухом и жидком виде. Сухой фосфобактерин содержит споры бактерий в смеси с каолином. На 1 га расходуется 250 г порошковидного фосфобактерина.
Фитостимофос
Фитостимофос — фосфатмобилизующие микроорганизмы, живая культура и ростостимулирующие метаболиты микроорганизмов Agrobacterium-radiobacter. Титр препарата — 6-10 млрд жизнеспособных клеток на 1 мл. Ростстимулирующий биопрепарат, осуществляет микробиологическую трансформацию нерастворимых фосфатов почвы и удобрений в доступную для растений форму.
Бактерии препарата способны колонизировать корни бобовых и небобовых культур, образуя ассоциации. Фитостимофос предназначен для микробиологической фосфатмобилизации и повышения урожайности озимых и яровых зерновых культур, кукурузы, зернобобовых и овощных культур. Форма препарата — жидкая. Норма расхода — 200 мл/га.
Препарат повышает подвижность труднорастворимых фосфатов почвы и удобрения на 10-20%, позволяет снизить на 15-30% рекомендуемые дозы фосфорных удобрений, увеличивает урожайность в среднем на 20%: прибавка урожая кормовых корнеплодов — 100-250 ц/га, сахарной свеклы — 90-95 ц/га, овощных культур — 60-70 ц/га, зернобобовых — 2,5-3,5 ц/га.
Комплексное применение бактериальных удобрений
В ряде стран успешно применяют совместную инокуляцию семян культур препаратами азотфиксирующих и фосфатмобилизующих бактерий. Это позволяет одновременно улучшить азотное и фосфорное питание растений, сократить дозы минеральных удобрений.
Ризобактерин + Фитостимофос — синергические бинарные препараты на основе диазотрофных и фосфатмобилизующих микробов-интродуцентов. Форма препарата — жидкая.
Препараты “силикатных” бактерий
Препараты “силикатных” бактерий — бактериальный препарат в основу которых входят спорообразующая культура — Bacillus mucilaginosus siliceus. Силикатные бактерии способны разрушать алюмосиликаты, делая доступным для растений почвенный калий. Разрушение алюмосиликатов происходит под действием кислот, выделяемых микроорганизмами. “Силикатные” бактерии хорошо размножаются в условиях достаточной влажности, аэрации и близкой к нейтральной реакции среды. Кислые почвы не благоприятны для их жизнедеятельности.
Препарат используют путем обработки семян. В качестве бактериального удобрения приготавливают сухой споровый и агаровый препараты.
Грибковые удобрения
Везикулярно-арбускулярная микориза (ВАМ)
Везикулярно-арбускулярная микориза (ВАМ), эктомикориза и эндомикориза — почвенная микрофлора, образующая симбиотические ассоциации с высшими растениями. Улучшает рост растений при недостатке доступного фосфора за счет улучшения фосфорное питание растений. При симбиозе высшего растения с грибами микориза гриба обеспечивает растение водой и растворенными минеральными солями, грибы используют углеводы и органические соединения, синтезируемые высшим растением. Биологическое значение микоризы заключается и в увеличении поглощающей поверхности корней растения за счет мицелия гриба.
Из естественных и рекультивированных почв выделены культуры эндомикоризных грибов.
Везикулярно-арбускулярная микориза — ассоциация, в которой Zygomycete fungi в клетках корня высшего растения образуют арбускулы, гифы, везикулы.
Доказано их положительное действие на урожай овса, ячменя, сои, вики и поступление в растения фосфора при выращивании на почве с низким содержанием подвижного фосфора. Микоризация семян клевера белого, высеваемого в злаковый травостой, повышает урожай сена на 17% (при контроле — 17,8 ц/га), и была эквивалентна действию суперфосфата в дозе 90 кг/га. При этом в составе травостоя увеличивалась доля клевера. Инокуляция лука заметно проявилось на поливных землях: урожайность увеличилась на 97%.
Эффективно совместная инокуляции клевера и других бобовых микоризой и клубеньковыми бактериями: первая способствует фосфорному питанию растений, вторые — азотному питанию. Так, в Уэльсе клевер, инокулированный микоризой и клубеньковыми бактериями, дал урожай с содержание сухого вещества в 3 раза выше, образование побегов увеличилось в 2 раза, в 5 раз увеличилось образование клубеньков ризобиума.
Клубеньковые бактерии были первой по времени группой азотфиксирующих микробов, о которых узнало человечество.
Около 2000 лет назад земледельцы заметили, что возделывание бобовых культур возвращает плодородие истощенной почве. Это особое свойство бобовых эмпирически связывали с наличием на корнях у них своеобразных узелков, или клубеньков, но объяснить причины этого явления долгое время не могли.
Потребовалось провести еще очень много исследований, чтобы доказать роль бобовых культур и живущих на их корнях бактерий в фиксации газообразного азота атмосферы. Но постепенно работами ученых разных стран была раскрыта природа и детально изучены свойства этих замечательных существ.
Клубеньковые бактерии живут с бобовыми растениями в симбиозе, т. е. приносят друг другу взаимную пользу: бактерии усваивают азот из атмосферы и переводят его в соединения, которые могут быть использованы растениями, а они, в свою очередь, снабжают бактерии веществами, содержащими углерод, который ранения усваивают из воздуха в виде углекислого газа.
Вне клубеньков на искусственных питательных средах клубеньковые бактерии могут развиваться при температурах от 0 до 35°, а наиболее благоприятными (оптимальными) для них являются температуры порядка 20—31°. Наилучшее развитие микроорганизмов наблюдается обычно в нейтральной среде (при pH равном 6,5—7,2).
В большинстве случаев кислая реакция почвы отрицательно сказывается на жизнедеятельности клубеньковых бактерий, в таких почвах образуются неактивные или неэффективные (не фиксирующие азот воздуха) их расы.
В настоящее время клубеньковые бактерии подразделяют на следующие группы (по растениям-хозяевам, на которых они поселяются):
- клубеньковые бактерии люцерны и донника;
- клубеньковые бактерии клевера;
- клубеньковые бактерии гороха, вики, чины и кормовых бобов;
- клубеньковые бактерии сои;
- клубеньковые бактерии люпина и сераделлы;
- клубеньковые бактерии фасоли;
- клубеньковые бактерии арахиса, вигны, коровьего гороха и др.
Способность к образованию клубеньков свойственна далеко не всем бобовым, хотя в общем широко распространена у представителей этого огромного семейства. Из 12 тыс. видов бобовых было специально изучено 1063. Оказалось, что 133 из них не способны образовывать клубеньки.
Способность к симбиозу с азотфиксаторами, по-видимому, свойственна не только бобовым растениям, хотя в сельском хозяйстве они являются единственными важными азотфиксирующими культурами. Как установлено, атмосферный азот связывают бактерии, живущие в клубеньках на корнях лоха, облепихи, шефердии, сосны лучистой, ногоплодника, ежи сборной, субтропических растений рода казуарина. Способны к фиксации азота и бактерии, живущие в узлах листьев некоторых тропических кустарников.
Фиксацию азота осуществляют также актиномицеты, живущие в клубеньках корней ольхи, и, возможно, грибы, живущие в корнях райграса и некоторых вересковых растений.
Но для сельского хозяйства наибольший практический интерес представляют, конечно, бобовые. Большинство отмеченных небобовых растений сельскохозяйственного значения не имеет.
Очень важен для практики вопрос: как живут клубеньковые бактерии в почве до заражения ими корней?
В сложном процессе образования клубеньков принимают участие три фактора: два живых организма — бактерии и растения, между которыми устанавливаются тесные симбиотические взаимоотношения, и условия внешней среды. Каждый из этих факторов — активный участник процесса образования клубеньков.
Одна из важных особенностей клубеньковых бактерий состоит в их способности выделять так называемые стимулирующие вещества; эти вещества вызывают бурное разрастание тканей корня.
Другая их существенная особенность способность проникать в корни определенных растений и вызывать образование клубеньков, иначе говоря их инфекционная способность, которая, как уже говорилось, различна у разных рас клубеньковых бактерий.
Роль бобового растения в образовании клубеньков определяется способностью растений выделять вещества, стимулирующие или угнетающие развитие бактерий.
Большое влияние на восприимчивость бобового растения к заражению клубеньковыми бактериями оказывает содержание в его тканях углеводов и азотистых веществ. Обилие углеводов в тканях бобового растения стимулирует образование клубеньков, а повышение содержания азота, напротив, угнетает этот процесс. Таким образом, чем выше в растении соотношение C/N, тем лучше идет развитие клубеньков.
Третий фактор — внешние условия (освещение, элементы питания и т. д.) также оказывает значительное влияние на процесс образования клубеньков.
Но возвратимся к характеристике отдельных видов клубеньковых бактерий.
Имеются ли различия между эффективными и неэффективными расами клубеньковых бактерий? До сих пор таких отличий в форме или в поведении на искусственных питательных средах не удалось найти. Но у клубеньков, образованных эффективными и неэффективными расами, обнаруживаются некоторые отличия. Существует, например, мнение, что эффективность связана с объемом зараженных бактериями тканей корня (у эффективных рас она в 4—6 раз больше, чем у неэффективных) и длительностью функционирования этих тканей. В инфицированных эффективными бактериями тканях всегда обнаруживаются бактероиды и красный пигмент, вполне тождественный гемоглобину крови. Его называют леггемоглобнном. Неэффективные клубеньки имеют меньший объем инфицированной ткани, в них отсутствует леггемоглобин, бактероиды обнаруживаются не всегда и выглядят они иначе, чем в эффективных клубеньках.
Эти морфолого-биохимические отличия используют для выделения эффективных рас клубеньковых бактерий. Обычно бактерии, выделенные из крупных, хорошо развитых клубеньков, имеющих розоватую окраску, бывают весьма эффективными.
Влияние внешних условий на фиксацию клубеньковыми бактериями атмосферного азота можно показать на нескольких примерах. Так, значительную роль в эффективности азотфиксации играет содержание в почве азотнокислых и аммиачных солей. В начальных фазах развития бобового растения и образования клубеньков присутствие в почве небольших количеств этих солей оказывает благоприятное влияние на симбиотическое сообщество; а позже это же количество азота (особенно нитратной его формы) угнетает азотфиксацию.
Следовательно, чем богаче почва доступным для растения азотом, тем слабее протекает фиксация азота. Азот, содержащийся в почве, так же как и находящийся в теле растения, как бы препятствует привлечению новых его порций из атмосферы. Среди других элементов питания заметное влияние на азотфиксацию оказывает молибден. При добавлении в почву этого элемента азота накапливается больше. Объясняется это, по-видимому, тем, что молибден входит в состав ферментов, осуществляющих фиксацию атмосферного азота.
В настоящее время достоверно установлено, что бобовые, выращиваемые в почвах, содержащих недостаточное количество молибдена, развиваются удовлетворительно и образуют клубеньки, но совершенно не усваивают атмосферный азот. Оптимальное количество молибдена для эффективной азотфиксации составляет около 100 г молибдата натрия на 1 га.
Роль бобовых культур в повышении плодородия почвы
Итак, бобовые культуры имеют очень большое значение для повышения плодородия почвы. Накапливая азот в почве, они препятствуют истощению его запасов. Особенно велика роль бобовых в тех случаях, когда они используются на зеленые удобрения.
Но практиков сельского хозяйства, естественно, интересует и количественная сторона. Какое количество азота может быть накоплено в почве при культивировании тех или иных бобовых растений? Сколько азота остается в почве, если урожай полностью убирается с поля или если бобовые запахивают как зеленое удобрение?
Известно, что в случае заражения бобовых эффективными расами клубеньковых бактерий они могут связывать от 50 до 200 кг азота на гектар посева (в зависимости от почвы, климата, вида растения и т. д.).
По данным известных французских ученых Пошона и Де Бержака, в обычных полевых условиях бобовые культуры фиксируют приблизительно следующие количества азота (в кг /га):
Эти микроорганизмы способствуют выделению азота из воздушных потоков и преобразовывать его в полезные соединения. Бактерии создают на корневой системе ряда бобовых растений клубеньки, впадая в симбиоз. Разбираемся сегодня, клубеньковые бактерии чем обогащают почву.
Азот находится не только в атмосфере, но и в земной поверхности. И необходимо вовлекать его в общий круговой оборот. В подобного рота цикле активное участие принимают клубеньковые бактерии. Они усваивают азот из атмосферных масс и почвенного состава, перерабатывают его в органические компоненты, способные с легкостью потребляться растительным миром.
Растения потребляются людьми и животными, которые со временем отдают азотные элементы в воздух в результате наступления процесса денитрификации.
Роль бактерий в поставке азота
Насыщение почвенного слоя азотом – результат деятельности микроскопических организмов, к которым относятся и клубеньковые. Раньше считали, что этим видом работ занимаются исключительно клубеньковые организмы, способные потреблять из воздуха азот. И основную задачу в этом возлагали на бобовую растительность, как единственного источника для жизнедеятельности бактерий. Сегодня это мнение пересмотрено, так как в последнее время выявлено достаточное количество различных микроорганизмов, способствующих переработке азота.
И все же главное место в этом процессе отводится отряду клубеньковых. К нему причисляют ризобиум. Такой вид напоминает по своей форме палочку, не создает колоний, существует поодиночке либо парами. Встречаются отдельные виды, патогенные для человека, зараженного СПИДом.
Второй представитель – некоторые из актиномицетов, проживающие в корневых системах деревьев, обладающих способностью создавать для них клубеньковые отростки.
Попадая в волоски корней, бактерии создают активное деление их клеток, в ходе которого создаются клубеньки. Сами бактериальные микроорганизмы поселяются внутри, развиваются и перерабатывают азот. И в этих же клубеньковых отростках бактерии преобразуются в разветвленные формы, способные усваивать азот, соли, аминосодержащие кислоты, нитратные компоненты. С целью получения углерода микроорганизмы пользуются спиртами, моносахаридами, органическими кислотами.
Условия жизнедеятельности
Представители клубеньковых достигают размеров от 0,5 до 3 мкм. Они не создают споры, являются достаточно подвижными, грамотрицательные. Чтобы обменный процесс проходил без нарушений, следует обеспечить постоянный доступ кислорода. При разведении бактерий в условиях лабораторных опытов, наибольших результатов можно достичь при соблюдении температурного режима не менее двадцати пяти градусов тепла. Формы округлые, на вид прозрачные, консистенции слизистые.
Такие бактерии находят свое развитие на корневых системах бобовых, количество которых может достигать десяти процентов от общего числа. При этом у различных представителей создаются определенные виды этих организмов микроскопических форм.
С отмиранием корешков происходит и разрушение клубней. Но это не влечет за собой гибель бактерий. Они продолжают существовать в почве и перерабатывать азотные массы.
Бактериальные колонии способны поглощать около трехсот килограмм азота на каждый гектар земли, и в результате их процессов жизнедеятельности в почве задерживается более пятидесяти кило соединений, имеющих в своем составе азот. Именно поэтому используют севооборот культур, чтобы растения могли потреблять из земли полезные соединения, без добавления химикатов, вредных для здоровья. Высаживая после бобовых другие культуры например капусту урожай будет отличным.
Для севооборота в качестве сидератов используют бобовые, так как они отлично для этого подходят. Они рано всходят являясь холодостойкими и их корни рыхлят землю. Чаще применяют горох, однолетний люпин, вику, клевер, люцерну, нут, бобы и сою, фасоль, чечевицу, донник, козлятник, горох полевой и др. сильно обогащают почву азотом. Заделывание в верхний слой почвы зелень этих растений, заменяет удобрение навозом. Растения холодостойкие, рано всходят, а их корни мощно рыхлят землю.
С целью увеличения клубеньковых бактерий в почве и повышения урожайности бобовых, при посадке в землю можно внести нитрагин. С помощью этого средства проводится искусственное заражение семенного фонда клубеньковыми бактериями.
Известно, что все бобовые обладают уникальной способностью тесно взаимодействовать с азотфиксирующими микроорганизмами - клубеньковыми бактериями (ризобиями), образуя на корнях специфические структуры - клубеньки.
На срезе они имеют красный цвет благодаря ферменту леггемоглобину, который регулирует поступление кислорода и защищает от разрушения нитрогеназу - один из самых сложных природных ферментов. Именно этот фермент переводит недоступный для живых существ газообразный азот в доступную форму иона аммония NH4+. Благодаря такому взаимовыгодному сосуществованию с клубеньковыми бактериями, которое называется симбиозом, бобовые растения полностью или частично обеспечивают свои потребности в азоте. Биологический азот может составлять 30-60% общей потребности растений в этом элементе.
Благодаря способности к азотфиксации клубеньковые бактерии рассматривают как ценный генетический ресурс для биотехнологии сельского хозяйства. Масштабы ежегодного производства микробных препаратов для инокуляции бобовых культур по площадям посевов достигают сотен миллионов гектаров.
В жизненном цикле клубеньковых бактерий условно выделяют две стадии. На первой (сапрофитной) стадии ризобии существуют в почве как обычные микроорганизмы, которые достаточно легко культивировать в лабораторных условиях. На второй (симбиотической) стадии они в клубеньках превращаются в бактероиды, в которых происходит фиксация азота из воздуха.
Способность клубеньковых бактерий уступать в эффективные симбиотические взаимоотношения с бобовыми растениями определяется такими свойствами ризобий, как: специфичность, вирулентность (нодуляционная способность), конкурентоспособность, высокая азотфиксирующая активность, выработка биологически активных веществ, которые положительно влияют на рост и развитие бобовых растений. Именно эти признаки клубеньковых бактерий используют в качестве критериев при отборе новых эффективных штаммов.
Под специфичностью понимают выборочную способность ризобий образовывать клубеньки на корнях бобовых растений определенного рода или вида. Специфичность является генетически закрепленным признаком ризобий, который не меняется под действием внешних факторов. Клубеньковые бактерии существенно различаются по этому свойству: одни виды ризобий (например Rhizobium leguminosarum) имеют широкий спектр растений-хозяев (горох, кормовые бобы, вика, чечевица, чина), другие (например R. galegae, Bradyrhizobium japonicum) характеризуются узкой специфичностью - формируют эффективный симбиоз только с одним видом бобовых растений - козлятником, соей соответственно.
Вирулентность - способность клубеньковых бактерий проникать в клетки корня растений, там размножаться и инициировать формирование клубеньков. Критерием вирулентности является скорость образования клубеньков.
Конкурентоспособность клубеньковых бактерий рассматривают как способность вирулентного штамма обеспечивать формирование наибольшего количества клубеньков на корнях бобового растения при наличии других вирулентных штаммов. Критерий конкурентоспособности - количество клубеньков, образованных каждым из вирулентных штаммов при их одновременном применении. Получение штаммов с высокой конкурентоспособностью является важным направлением современной селекции клубеньковых бактерий, поскольку низкая эффективность биопрепаратов в основном связана с неспособностью производственных штаммов конкурировать с почвенной ризобиальной микробиотой.
Азотфиксирующая активность клубеньковых бактерий - это способность в симбиозе с бобовым растением фиксировать азот и поставлять его растению.
С практической точки зрения важным признаком клубеньковых бактерий является их эффективность - способность повышать урожайность бобовых растений и содержание белка в продукции. По мнению многих авторов, повышение продуктивности растений не всегда является результатом только высокой активности симбиотической азотфиксации. Природа влияния ризобий, содержащихся в клубеньках, на растение значительно сложнее и включает целый ряд недостаточно изученных регуляторных взаимодействий. Эффективность штамма является интегральным показателем, который объединяет все симбиотические свойства штамма и показывает его вклад в производительность растения-хозяина. На поиск одного активного штамма расходуется до пяти лет. И только когда такие штаммы отобраны и проверены в полевых опытах и производственных посевах, на их основе изготавливают соответствующие биологические препараты для бобовых культур.
Одной из важнейших зернобобовых культур мирового сельского хозяйства, которая по площади посева занимает второе место после сои, является фасоль обыкновенная (Phaseolus vulgaris L.). Зерно ее содержит от 28 до 30% белка, 2-3% жира, 45-52% углеводов и значительное количество витамина В1. Выращивают фасоль на зерно (лущильные сорта) или собирают в зеленом виде (овощные или спаржевые сорта).
В Украине посевы фасоли составляют 30-40 тыс. га и в основном сосредоточены на приусадебных участках частного сектора и в фермерских хозяйствах. Результаты работы отечественных селекционеров по созданию новых сортов фасоли, пригодных для прямого комбайнирования, дают уверенность в том, что в ближайшее время посевные площади этой важной пищевой культуры в стране будут постепенно увеличиваться.
Но, к сожалению, несмотря на перспективы расширения ассортимента сортов фасоли, азотфиксирующий потенциал этой культуры не используется в полной мере. Экологически безопасным способом повышения производительности фасоли является предпосевная инокуляция семян бактериями вида Rhizobium phaseoli, которые образуют азотфиксирующие клубеньки на корнях растений.
Учитывая, что фасоль является традиционной культурой для Украины, в почвах распространены местные популяции ризобий фасоли. Эти популяции могут выступать конкурентами штаммов-инокулянтов. В связи с этим актуальным является поиск конкурентоспособных и высокоэффективных штаммов клубеньковых бактерий фасоли, которые можно было бы использовать для создания новых микробных препаратов.
В предыдущие годы в Институте сельскохозяйственной микробиологии и агропромышленного производства НААН был получен и запатентован новый штамм R. phaseoli ФБ1, который является активным симбиотическим азотфиксатором, характеризуется высокой конкурентоспособностью относительно местных штаммов специфических ризобий и положительно влияет на продукционный процесс растений. Этот штамм используют как биоагент разработанных в институте биопрепаратов Ризобофита и Ризогумина.
Ризобофит для фасоли - биопрепарат на основе эффективного штамма клубеньковых бактерий фасоли, изготовленный путем глубинного их культивирования. При торфяной форме биопрепарата в качестве носителя используется стерильный торф. Жидкий препарат имеет небольшой срок хранения, поэтому его следует использовать в течение 20 дней с момента изготовления. Торфяной препарат может храниться в течение трех-шести месяцев. И хотя использование жидкого препарата технологически удобнее, однако торфяной Ризобофит надежнее по эффективности.
Аналогичным Ризобофиту, однако более функциональным, является новый микробный препарат - Ризогумин для фасоли. Это биопрепарат комплексного действия, который включает кроме культуры клубеньковых бактерий R. phaseoli физиологически активные вещества (в частности ауксины и цитокинины в оптимальных для взаимодействия бактерий с растениями количествах), макроэлементы в небольшом количестве, и микроэлементы в хелатной форме. Ризогумин изготавливают в двух формах - жидкой и торфяной. Жидкий препарат расфасовывают в две емкости (в одной содержится бактериальная культура, во второй - раствор физиологически активных веществ, макро- и микроэлементов). Срок хранения жидкого препарата - до 20 дней. Торфяной препарат может храниться при температуре не выше 10°С до шести месяцев.
Применение биологических препаратов клубеньковых бактерий при выращивании зерновой фасоли
Эффективность микробного препарата Ризобофит на основе штамма R. phaseoli ФБ1 исследовали в полевых опытах с зерновой фасолью сорта Щедрая в почвенно-климатических условиях Полесья Украины (опытное поле Института сельскохозяйственной микробиологии и агропромышленного производства НААН).
По результатам исследований, проведенных в почвенно-климатических условиях Полесья, установлено, что предпосевная инокуляция семян фасоли различными формами Ризобофита и Ризогумина обеспечивала формирование активного симбиоза (фото). На срезе корневые клубеньки имели красную окраску, что свидетельствует об активной фиксации молекулярного азота при участии штамма-инокулянта.
Доказано, что биопрепараты Ризобофит и Ризогумин на основе штамма R. phaseoli ФБ1 обеспечивают стабильное повышение урожайности фасоли сорта Щедрая на 17-29% по сравнению с контролем без инокуляции (табл.). Максимальный уровень урожайности (3,05 т/га) за три года отмечен при использовании торфяной формы Ризогумина. Улучшались также показатели качества зерна фасоли: содержание белка относительно контроля росло на 13%, а жира — на 17%.
Кроме указанного положительного влияния на симбиотические показатели, использование нового штамма R. phaseoli ФБ1 как биоагента препаратов значительно сдерживало развитие корневых гнилей, что является важной составляющей получения высоких урожаев. Эффективность защитного действия штамма колебалась в пределах 27-37%.
Важным условием внедрения биоагентов микробных препаратов в производство является их проверка в имеющихся технологиях выращивания бобовой культуры. Применение Ризобофита и Ризогумина (торфяные формы) в производственных условиях в Винницкой и Харьковской областях способствовало увеличению урожайности фасоли, по сравнению с контролем без инокуляции, на 11-21% и 16-36% соответственно.
Предпосевная обработка семян фасоли обыкновенной биопрепаратами на основе высокоэффективных штаммов клубеньковых бактерий должна быть обязательным агроприемом в технологиях их выращивания. Это позволяет существенно повысить урожайность культуры и получить качественную сельскохозяйственную продукцию.
Д. Крутило, канд. биол. наук, старш. научн. сотрудник,
Институт сельскохозяйственной микробіологиии и агропромышленного производства НААН
Читайте также: