Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Особенности азотного питания столовой свеклы при инокуляции бактериями рода Pseudomonas

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "Особенности азотного питания столовой свеклы при инокуляции бактериями рода Pseudomonas"

На правах рукописи

ОСОБЕННОСТИ АЗОТНОГО ПИТАНИЯ СТОЛОВОЙ СВЁКЛЫ ПРИ ИНОКУЛЯЦИИ БАКТЕРИЯМИ РОДА PSEUDOMONAS

06.01.04 - агрохимия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук

МОСКВА 1997

Работа выполнена на кафедре агрохимии Факультета почвоведения Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова и в Институте почвоведения и фотосинтеза РАН

академик Россельхозакадемин. доктор сельскохозяйственных наук, профессор В.Г. Минеев кандидат биологических наук, старший научный сотрудник В.П. Шабаев

доктор биологических наук, профессор В. В. Кидии кандидат биологических наук, доцент А.Л. Степанов

Российский !тучно-1(ссдедоватедьский н проектно-технологический институт химизации сельского хозяйства

Защита состоится '¡/ф' 997 г. в 15 час. 30 мин. в аудитории

М-2 на заседании диссертационного совета К.053.05.86 в МГУ им. М.В.Ломоносова.

Адрес: 119899. Москва, Воробьевы горы, МГУ, Факультет почвоведения.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Факультета почвоведения МГУ.

Автореферат разослан "_"_1997 г.

Приглашаем Вас принять участие в обсуждении диссертации на заседании диссертационного совета по микробиологии и агрохимии в МГУ,- а отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 119899, ГСП, Москва, Воробьевы горы, МГУ, Факультет почвоведения, Ученый совет.

Научные руководители:

Официальные оппоненты:

Ведущее учреждение:

Ученый секретарь диссертационного совета

И.П.Бабьева

Актуальность темы. Проблема обеспечения сельскохозяйственных культур азотом решается главным образом за счет использования минеральных азотных удобрений. Однако их применение в высоких дозах не всегда сопровождается .адекватным ростом урожаев (Минеев, Ремпе, 1991), а также приводит к возникновению ряда проблем, из которых наиболее важными являются энергетическая и -экологическая (Умаров, 1986; Минеев, 1990). С целью уменьшения доз минеральных удобрений и получения при этом высоких урожаев В последние десятилетия в различных странах проводятся многочисленные испытания с микроорганизмами-стимуляторами роста растений, в т.ч. с бактериями, фиксирующими атмосферный азот (Берестецкий, 1985; Döbereiner, 1978; Окоп, 1985). Среди микроорганизмов-стимуляторов роста растений большой интерес вызывают ризосферные флуоресцирующие псевдомонады (Kloepper et al,, 1989; Vancura, 1989), в том числе обладающие способностью к азотфиксации (Умаров с соавт., 1994: Haahtela et al., 1983; Jagnow, 1990).

В литературе недостаточно данных о влиянии азотфиксирующих бактерий рода Pseudomonas на нитрогеназную активность в ризосфере небобовых культур и азотное питание растений. Не изучено воздействие азотфиксирующих псевдомонад на рост и урожай овощной культуры столовой свеклы.

Цель работы: изучение азотного питания столовой свеклы, баланса азота в системе "почва-растение", роста и качества растений при применении азотфиксирующих бактерий рода Pseudomonas на пойменной и серой лесной почвах.

В связи с этим были поставлены задачи исследовать;

1. влияние бактерий на рост и урожай столовой свеклы;

2. использование растениями азота, в т.ч. "биологического" азота и l5N удобрения;

3. влияние бактерий на нитрогеназную активность в ризосфере;

•i. изменение интенсивности фотосинтеза к нитратредуктазной активности листьев, содержания в растениях углеводов, белкового азота и нитратов;

5. приживаемость интродуцированных бактерий в ризоплане;

6. химический состав растений.

Научная новизна. Впервые показано, что применение азотфиксирующих псевдомонад приводит к значительной стимуляции роста и повышению урожая столовой свеклы вследствие усиления нитрогеназной активности в ризосфере, улучшения азотного питания растений, в том числе увеличения в биомассе количества "биологического" азота, а на серой лесной почве - и азота удобрения. Интродукция в ризосферу бактерий Р. pitdcla 23 усиливает дополнительное поступление азота из атмосферы в почву и обусловливает положительный баланс

этого элемента а системе "почва-растение" после выращивания столовой свеклы вследствие включения фиксированного азота в растения. Под влиянием псевдомонад увеличивается вынос растениями других макроэлементов, а также микроэлементов. Показано, что бактерии оказывают стимулирующее действие на формирование фотосннтетического аппарата, интенсивность фотосинтеза, нитратредуктазную активность листьев, способствуют накоплению в растениях водорастворимых углеводов, белкового азота и повышению содержания нитратов до уровня, не превышающего ПДК.

Практическое значение. Полученные результаты могут быть использованы для оптимизации азотного питания и повышения урожая столовой свеклы. Применение бактерий рода Pseudomonas позволит уменьшить дозы минеральных, в т.ч. азотных удобрений и обеспечить бездефицитный баланс азота в почве. Материалы диссертации используются при чтении спецкурсов на кафедре агрохимии МГУ.

Апробация работы. Результаты исследований были представлены на Республиканской конференции молодых ученых "Плодородие почв в интенсивном земледелии" (Минск. 1991), 1-ой Всесоюзной научной конференции "Биология почв антропогенных ландшафтов" (Днепропетровск, 1991), 4-ой Всесоюзной научной конференции "Микроорганизмы в сельском хозяйстве" (Пушино, 1992). 9-ом Баховском коллоквиуме по азотфиксации (Москва, 1995).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 печатных

работ.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав, выводов, списка литературы и приложения. Материалы диссертации содержат 122 страницы машинописного текста. Работа иллюстрирована 13 таблицами, 13 рисунками. Список литературы включает 214 источников, из которых 120 иностранных.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Микрополевые;> опыты. В течение 1988-1990 гг. в сосудах без дна, площадью 0.1 м2, вмещающих 36 кг воздушно-сухой почвы, выращивали по 4 растения столовой свеклы. В опытах 1988 г. и 1990 г. использовали пойменную почву р. Оки, в 1989 г. - серую лесную почву (юг Московской обл.). При набивке сосудов в верхний слой почвы (0-15 см) вносили аммиачную селитру, меченную lsN по обеим формам азота, однозамешенный фосфорнокислый калий и сернокислый калий. Изб. ат. % <'"N в азотном удобрении составлял в первый год опыта 5.65%, во второй - 21.85%, в третий - 11.75%. В опыте 1988 г. удобрения применяли из расчета по 1.5 г. в 1989 г. - 0.8. 1.2. 1.6 г . в 1990 г. - 1.2 г д.в. на сосуд. Повторность опытов в первый и второй год эксперимента

четырехкратная, а в третий год - двадцатикратная. В опыте 1990 г. измерения различных показателей проводили в динамике в течение вегетационного периода на трех, а в конце опыта - на пяти сосудах каждого варианта.

Вегетационный опыт. В сосудах, вмещающих 4 кг воздушно-сухой почвы, выращивали по 2 растения столовой свеклы на фоне внесения NPK из расчета 640 мг д. в. на сосуд. В опыте использовали серую лесную и пойменную почвы. Повторность опыта - четырехкратная.

Производственное испытание проводили в совхозе "Балковский" Московской области на посевах столовой свеклы площадью 10 га в пойме р. Оки на фоне применения NPK. в дозах 90 кг д.в. на га.

Во всех опытах выращивали столовую свеклу сорта Бордо.

В опытах использовали чистую аютфиксирующую культуру P. putida 23. выделенную из ризосферы овса сотрудниками группы "Симбиотическая и ассоциативная азотфиксация" ИПФС РАН. Нитрогеназная активность псевдомонад составляла 42 нМ на 5 мл среды. Бактерии были мечены

транспозоном Тп5 и обладали устойчивостью к канамицину (МИК > 0.2 мг/мл) и стрептомицину (МИК > 0.2 мг/мл) (Simon et al., 1983). В микрополевых и вегетационном опытах водной суспензией псевдомонад инокулировали помещенные на почву проросшие семена при посеве из расчета 107 клеток на семя. В контрольном варианте применяли автоклавированную культуру бактерий. В производственном испытании всходы в фазе двух листьев обрабатывали водной суспензией псевдомонад из расчета 5х 105 клеток на одно растение.

Аналитические методы. В почве и растениях определяли содержание общего азота феноловым методом (Кудеяров. 1972) и его изотопный состав на эмиссионном спектрометре NOI-5 (VEB STATRON, Германия). Активность азотфиксации в ризосфере растений измеряли in situ ацетиленовым методом в модификации кафедры биологии почв МГУ (Методы почвенной микробиологии и биохимии, 1991). Агрохимический анализ почвы, а также определение макро- и микроэлементов в растениях проводили общепринятыми методами. Белковый азот в корнеплодах определяли по Плешкову, аммиачный и нитратный азот в свежих растениях (корнеплодах, листьях и черешках) и в почве - феноловым методом после восстановления нитратов до аммиака (Бочкарев, Кудеяров, 1982). В свежих листьях столовой свеклы измеряли нитратредуктазную активность m vitro (Токарев. 1977). Интенсивность фотосинтеза растений определяли в открытых системах (Карпушкин, 1971). Газовые пробы анализировали на содержание СОг в стационарных условиях на дифференциальном инфракрасном газоанализаторе Infralyt-4 фирмы "VEB JUNCALOR DESSAU" (Германия). Количество водорастворимых углеводов в растениях определяли феноловым методом (Dubois et al.. 1956). Микробиологический анализ приживаемости псевдомонад на корнях проводили по Гузевой-Звягинцеву (Методы почвенной

микробиологии и биохимии, 1991) с использованием среды Кинга Б для флуоресцирующих псевдомонад с добавлением канамицина и стрептомицина в количествах по 200 мкг/мл среды. Урожайные данные и результаты аналитических определений обрабатывали методом дисперсионного анализа (Доспехов, 1979) с использованием программ DSPR1F и DSPR2F, реализованных на ЭВМ IBM-PC.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ОБСУЖДЕНИЕ

1. УРОЖАЙ СТОЛОВОЙ СВЕКЛЫ ПРИ ИНОКУЛЯЦИИ

БАКТЕРИЯМИ P. PUTIDA 23

Применение псевдомонад в микрополевых опытах на пойменной почве-повышало общую массу растений в 1988 г. на 42%, в 1990 г. - на 36%, а массу корнеплодов - на 51 и 21% соответственно (табл. 1). Максимальная прибавка урожая в варианте с бактериями обнаружена в микрополевом опыте, проведенном на серой лесной почве. В сравнении с соответствующими дозами удобрений в вариантах без инокуляции общая биомасса инокулированных растений возрастала на 1319-1432 г, а масса корнеплодов - на 722-872 г. Наибольший эффект от применения псевдомонад обнаружен на фоне минимальной дозы NPK. С увеличением доз удобрений в 1.5 и 2 раза эффект от инокуляции снижался. Наши результаты показывают, что при использовании псевдомонад на фоне NPK из расчета 0.8 г д.в. на сосуд был получен более высокий урожай растений, в т.ч. и корнеплодов, в сравнении с вариантом, в котором вносили NPK в дозе 1.6 г д.в. на сосуд, но без бактерий. Таким образом, инокуляция столовой свеклы псевдомонадами позволяет получить значительно больший урожай при вдвое меньших затратах минеральных удобрений. Повышение доз NPK без применения бактерий не приводило к столь существенным прибавкам массы растений, которые составляли 16-33%.

При инокуляции растений псевдомонадами при производственном испытании урожай корнеплодов увеличился на 35%.

Изучение накопления биомассы растениями столовой свеклы в динамике в течение вегетационного периода показало, что псевдомонады практически не влияли на изменение массы растений в первые полтора месяца их роста (табл. 2). По прошествии более двух месяцев после появления всходов, к 20.08. и до уборки, масса сырых корнеплодов и надземной части в варианте с бактериями была выше в сравнении с контролем на 13-31% и 49-69%, а их сухая масса - на 1217% и 39-59% соответственно.

Урожай столовой свеклы в микрополеЕых опытах, г/сосуд

Таблица 1

Урожай растений (сырое вещество)

Год, почва Р Q-pT* ОЦФ Ul_»pJil_iAi. i. Доза íiPK, г д.в. нз nryr^wn обитая масса при- С Sulk 2 nrtmott М2ССЫ корне- ТТТ7П ТП.Т при-ОаЕка JIOPPU корнеплодов надземная »«ог»г»о muuuu прибавка надземной массы

1988, пойменная

1939,

серая лесная

- контроль

1.Без инокуляции

2. P. putida 23

3. Без инокуляции - контроль

4. Без инокуляции - контроль

5. Без инокуляции - контроль

6. P. putida 23

7. P. putida 23

8. P. putida 23

1990, пойменная 9.Без инокуляции - контроль 10. P. putida 23

ЮР,

ЮР, НСР, НСР, НОР,

1.5

05 о.а 1 .2

1.6 о.а 1 .2 1.6

416

05

НСР,

05 05 05 1.2

05

(И)

(У) (М) (У)

981 1397 104

091 1036 1186

2273 1382 2355 131Э 2618 1432 1122

145

648

136

В99 1220 188

321

Примечание: НСРдц (М) - эффект микроорганизмов в зависимости от доз ЛТК;

НСР^ (У) - эффект удобрений в зависимости от микроорганизмов;

НСР05 (М) - эффект микроорганизмов независимо от доз ИРК;

НСР05 (У) - эффект удобрений независимо от микроорганизмов.

Степень влияния микробиологического фактора - 50-60 %.

672 - 309 -

1013 341 384 75

ИЗ 72

778 - 113 _

903 - 133 -

1013 - 173 -

1563 785 710 597

1625 722 730 597

1885 872 733 560

443 258

211 81

25S 149

205 67

429 _ 470 _

519 90 701 231

89 167

i

сл I

Таблицэ 2

тс

Урожай столовой свеклы к кзб.ат.% ы в растениях в процессе роста. Микрополевой ошт 19Э0 г. на пойменной почве

Дата изме- Вариант Масса растений, г/сосуд (сырое вещество Изб ат. S15N

рения корне-плодц надземная часть* корнеплоды надземная часть*

IS. 07 Без инокуляции _ vrvumrv\ TTt-riuutpuuiu 182 + 7** - п оп < . «JW 0.20 ГГ КС I ■ VU i 0.04

P. putida 23 199 + 9** - 7.60 ± 0.10 7.40 ± 0.00

03.03 Без инокуляции - контроль 136 + 16 460 + 7 6.00 ± 0.10 6.01 + 0.19

P. putida 23 141 + 19 511 + 18 5.50 ± 0.00 5-35 + 0.27

20.08 Без инокуляции - контроль 273 + 23 490 + 20 5.15 ± 0.15 5.00 + 0.10

P. putida 23 357 + 7 827 + 18 3.56 + O.II 3.22 + 0.02

17.09 Без инокуляции - контроль 454 + 21 546 + 19 4.30 + 0.40 3.29 + 0.31

P. putida 23 546 + 15 823 + 74 3.04 + 0.26 2.72 + 0.20

05.10 Без инокуляции - контроль 470 + 21 514 + 44 3.85 + 0.25 3.64 + 0.20

Р. putida 23 531 + 13 733 + 57 2.85 + 0.30 2.78 t 0.30

17.10. Без инокуляции - контроль 429 + 23 470 ± 83 4.60 ± 0.00 2.91 ± 0.10

"D TVM4--Í*I ОТ i. • у 1А и 4.UXÍ 1--/ 519 + 19 701 ± 44 2.53 ± 0.12 о гго ± 0.05

Примечание: *- включает массу листовых пластинок и черешков, **- суммарная масса корнеплодов и надземной части растений,

- - отклонение от средней из трех измерений, Всходы растений 14.06.

2. ВЛИЯНИЕ БАКТЕРИЙ Р. РиГЮА 23 НА АЗОТНОЕ ПИТАНИЕ

РАСТЕНИЙ И БАЛАНС АЗОТА В СИСТЕМЕ "ПОЧВА-РАСТЕНИЕ"

В опыте, проведенном па серой лесной почве, установлено значительное -в 1.7-2.1 раза увеличение процентного содержания азота в корнеплодах инокулированных растений (табл. 3). В опытах на пойменной почве бактерии не влияли на этот показатель.

Вынос азота общей массой свеклы в варианте с псевдомонадами возрастал на пойменной почве на 31-36%. а на серой лесной почве - почти в 4 раза. Бактерии незначительно повышали количество удобрения в конечном урожае в обоих экспериментах на пойменной почве. В опыте на серой лесной почве как коэффициент использования азота аммиачной селитры (% от внесенного количества), так и вынос с урожаем свеклы возрастали в 1.3-1.8 раза при применении бактерий только на фоне доз ^К 1.2 и 1.6 г д.в. на сосуд. При инокуляции растений псевдомонадами наиболее существенно увеличился вынос общей биомассой азота с атомной массой 14 - в 1.4-1.5 раза на пойменной почве и в 4.4-4.9 раза - на серой лесной почве. На долю азота удобрения в-биомассе при использовании микроорганизмов приходилось всего лишь до 21"и от общего выноса азота в опытах на пойменной почве и до П"'о - на серой лесной. В вариантах с бактериями обнаружено снижение величин изб. ат. % в растениях, выращенных на пойменной почве, в опыте 1988 г. - до 1.3 раз. 1990 г. -до 1.8 раз в сравнении с контролем. Наибольшее разбавление 1:1 N в корнеплодах и надземной части инокулированных растений - в 1.9-3.7 раза в сравнении с контрольными обнаружено в опыте на серой лесной почве.

Изучение потребления азота растениями столовой свеклы в процессе роста на пойменной почве показало, что в первые полтора месяца вегетации (до 3.08.) в биомассе как контрольных, так и инокулированных бактериями растений, содержалось одинаковое количество (рис. 1). В период с 3.08. по 20.08 резко увеличился вынос аюта с атомной массой 14 инокулированными растениями в отличие от контрольных. В варианте без бактерий дальнейшее повышение использования |4Ы растениями отмечено в более поздний срок. Во второй половине вегетации в инокулированные растения по сравнению с контрольными поступало существенно больше |4М. потребление которого с урожаем продолжало вофастать вплоть до уборки. В последний месяц роста в растениях, инокулированных бактериями, содержалось в полтора раза больше азота с атомной массой 14. чем на контроле.

В первой половине вегетации - до 3.08. в варианте без добавления микроорганизмов растения более интенсивно потребляли ,5К удобрения, чем в варианте с псевдомонадами, однако в момент уборки в инокулированных растениях содержат ось несколько большее количество меченого азота. Если на

Таблица 3

Вынос 1% удобрения и 14н растениями столовой свекла в микрополевых опытах

Вариант Корнеплода Надземная часть Общая масса растений Изб. ат. % 15п

% N вынос N. мг/ сосуд % N вынос N. мг/ сосуд вынос N. мг/ сосуд % к контролю вынос 15н удобрения вынос "П корнеплода надземная часть

мг/сосуд % от внесенного количества мг/сосуд % к контролю

1 2.1 2101 2.7 1963 4064 100 597 40 3467 100 0.86 0.81

2 1 .8 2880 2.Ь 2443 5323 131 651 43 4672 135 0.77 0.63

НСРт 205 128 417 142 142

3 1 .0 1016 2.1 487 1503 100 321 40 1182 100 5.40 3.33

4 1 и 1282 2.3 586 1868 100 412 34 1456 100 5.60 3-48

5 1.4 1596 2.3 452 2043 100 653 41 1395 100 7.60 4.83

6 1 .8 3450 2.6 2618 6068 404 345 43 5723 484 1.48 0.95

7 2.3 4298 2.7 2771 7069 378 721 60 6348 436 2.52 1 .79

8 2.4 5027 2.6 2722 7749 378 858 54 6891 494 2.63 2.04

НСР£5(М) 1121 273 1068 236 422

НСРД5(У) 152 978 873 77 79

НСР05(М) 590 158 617 205 244

НСР0(-(У) 107 691 618 54 56

9 1 .9 1384 2.5 1260 2644 100 722 60 1922 100 4.60 3.61

10 1 .9 1614 2.8 1969 3583 136 761 63 2822 146 2.53 2.32

нср05 202 206 648

Примечание: Варианты опытов и условные обозначения те же, что и в таблице 1.

ыг/сосуд

мг/сосуд

дата измерения контроль -*- рзвпйопюпсв

Рис. 1. Вынос азота растениями столовой свеклы

контроле использование азота удобрения столовой свеклой практически заканчивалось после полутора месяцев ее роста, то при применении бактерий этот процесс продолжался до конца опыта. Увеличение выноса азота биомассой во второй половине вегетации происходило в основном за счет азота с атомной массой 14. Количество этого изотопа азота в растениях в этот период превышало содержание в них удобрения в 2-3 и более раз.

Меньшие значения изб. ат. % в инокулированных растениях во второй половине вегетации (табл. 2) в соответствии с концепцией изотопного разбавления (Яепше й а!., 1978) дают основание заключить, что применение азотфиксирующих псевдомонад повышает вынос азота растениями в этот период в результате увеличения в них количества атмосферного азота. По прошествии первого месяца опыта не обнаружено большего разбавления 'ЭД в инокулированных растениях по сравнению с контрольными вследствие того, что азотфиксация была подавлена высоким количеством подвижного минерального азота в почве на начальных стадиях роста в отличие от последующих сроков. Рядом исследователей также установлено существенное разбавление в различных небобовых растениях в результате деятельности ассоциативных азотфиксаторов (Умаров с соавт., 1987; Наа1ие1а, Кап, 1986).

Во всех микрополевых опытах, за исключением варианта без инокуляции с внесением 1.6 г N на сосуд в опыте на серой лесной почве, не обнаружено статистически достоверных (при уровне значимости 5%) изменений содержания азота в почве после выращивания столовой свеклы (табл. 4). Подведение баланса азота в системе "почва-растение" в момент уборки с учетом его содержания в почве исходных образцов и взятых в конце опыта, а также выноса |4К растениями, показывают, что в обоих опытах, проведенных на пойменной почве, обнаружен положительный баланс азота как при применении бактерий, так и без них. В варианте с псевдомонадами излишек азота в указанной выше системе был значительно выше, чем на контроле. Еще большее превышение баланса азота обнаружено в опыте на серой лесной почве после выращивания растений, инокулированных бактериями, на фоне всех, в том числе высокой дозы азотного удобрения, при использовании которой отмечен максимальный положительный баланс этого элемента в указанной выше системе.

В микрополевом опыте 1990 г. на пойменной почве в течение вегетационного периода не обнаружено статистически достоверных изменений содержания азота в почве в большинстве сроков измерений (табл. 4). Исключение составил вариант без инокуляции растений бактериями, в котором по прошествии трех месяцев после появления всходов, установлено значительное снижение количества азота в почве. Положительный баланс азота в системе "почва-растение" отмечен через три месяца (17.09.) после появления всходов только в варианте с применением бактерий. Так как в большинстве измерений не

Баланс азота в системе "почва-растение" в

Год, почва Вариант Дата Доза 15м удобрения, г/сосуд

1988, пойменная Без инокуляции P. putida 23 уборка 1 ^ i - -j НСР05

1939, серая лесная Без инокуляции Без инокуляции Без инокуляции P. putida 23 Р. putida 23 Р. putida 23 уборка 0.8 1.2 1 .6 0.8 1 .2 1.6

1990, пойменная Без инокуляции P. putida 23 Без инокуляции "О + ОТ 03.08. 17.09. HCPQ5 1.2

Без инокуляции P. putida 23 17.10. (уборка) HCPQ5

Tt;

ТТтлт*»«оттацт*о• * _ Мао ШТОФО тгтгл>Лпоит*а

■ WWW j aw AW A« j ,¿\VW¿SW¿JJMrf4i

Таблица 4

микрополэвых опытах

Содержание азота, MT/IQQ г Баланс азота Б + В - А

исходное в п0че8 А в растениях * Б Е ПОЧВв Е конце опыта В

ig« л 9.6 183.3 + 8.5 0.4 4.7

112.1

212.7

3.3 111.7 + 2.9

4-0 113-1 + 5.0

3.9 107.3 - 0.9

15.9 110.3 + 14.1

17,6 109.9 + 15.4

19.1 111.2 + 18.2

0.2-1.1 3.1

1.7 215-3 + 4.3

1.S 213.2 + 2.3

4.1 208.4 - 0.2

А 1 л + 6.S

5*3 214Í4 + 7.0

7.Q 215-3 + 10.4

0.2 3.7

установлено достоверных изменений в содержании азота в почве как в процессе роста, так и в момент уборки столовой свеклы, положительный баланс азота в системе "почва-растение" связан с 14N, содержащимся в растениях.

Резкое увеличеиие выноса l4N растениями на протяжении третьего месяца их роста (с 20.08. по 17.09.) в варианте без применения бактерий (рис. 1) соответствовало значительному снижению содержания азота в почве к концу этого месяца (с 212.7 до 208.4 мг/100 г почвы) (табл. 4) и отсутствию превышения баланса азота в указанной выше системе, т.е. происходило за счет усиления потребления растениями азота из почвенных запасов. В то же время повышение выноса азота с атомной массой 14 инокулированными растениями не сопровождалось изменениями в содержании азота в почве и при этом был отмечен положительный баланс азота в результате деятельности интродуцированных в ризосферу азотфиксирующих псевдомонад.

3. АЗОТФИКСИРУЮЩАЯ АКТИВНОСТЬ В РИЗОСФЕРЕ И

ЧИСЛЕННОСТЬ БАКТЕРИЙ Р. PUT1DA 23 В РИЗОПЛАНЕ

Высокая эффективность испытываемых бактерий подтверждается исследованиями приживаемости их на корнях и азотфиксирующей активности в ризосфере. Инокуляция столовой свеклы азотфиксирующими псевдомонадами приводила к усилению нитрогеназной активности в ризосфере в середине вегетационного периода на пойменной почве в 3 раза, на серой лесной почве - в 3-7 раз (рис. 2). В первые периоды роста растений (в течение 5 недель после появления всходов) при их выращивании на обеих почвах и в конце опыта на серой лесной почве азотфиксация была на "следовом" уровне.

Интродуцированные в ризосферу псевдомонады в условиях микрополевого опыта 1990 г. колонизировали корневую систему растений и сохранялись на корнях в течение длительного времени (рис. 3).Численность меченых бактерий Р. putida 23 в ризоплане по прошествии первого месяца роста растений составляла 6.1х106 колониеобразующих единиц (КОЕ), изменялась незначительно за последующие два месяца и затем снижалась до 2.5хЮ5 КОЕ на 1 г сухих корней к концу вегетационного периода.

Таким образом, азотфиксирующие бактерии рода Pseudomonas увеличивают вынос азота столовой свеклой и урожай в результате повышения нитрогеназной активности в ризосфере и количества "биологического" азота в растениях. В пользу факта увеличения в инокулированных растениях количества "биологического" азота также свидетельствует обнаруженный в наших опытах положительный баланс азота в системе "почва-растение", обусловленный I4N, содержащимся в растениях. Данные, полученные с помощью l5N и балансовым методом, хорошо согласуются результатами по ацетиленредукции и с измене -

_о

ыг С^Н^/сосуд/час х 10

дата измерения

о

ыг СдН^/сосуд/час х 1СГ

дата измерения ■ контроль РввпсСотопсв

Рис. 2. Нитрогеназная активность в ризосфере столоеой

свеклы Всхода 08.05.

Рис. 3. Численность бактерий P. puiida 23 в ризоплане столовой свеклы

пнем содержания подвижного минерального азота в почве в процессе роста столовой свеклы. В начальные периоды роста растений после внесения азотного удобрения в почву азотфиксация в ризосфере имела крайне низкие значения, а также не обнаружено разбавления метки (l5N) в инокулированных растениях и положительного баланса азота. Эти процессы начинали усиливаться в середине и второй половине вегетации, когда содержание подвижного минерального азота в почве снижалось до минимума в результате потребления его растениями и превращений в почве. Увеличение количества "биологического" азота в растениях, обработанных псевдомонадами, в этот период соответствовало снижению численности интродуцированных бактерий в ризоплане. Повышение выноса азота растениями при применении P. putida 23 может быть связано и с усилением усвоения азота из почвенных запасов, также как и обнаруженное нами увеличение потребления инокулированными растениями ,5N из удобрения. Установлена большая способность растений при инокуляции их диазотрофами использовать азот из различных субстратов (Giller et al., 1986).

4. ВЛИЯНИЕ БАКТЕРИЙ Р. PUTIDA 23 НА ФИЗИОЛОГО-БИОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В РАСТЕНИЯХ И КАЧЕСТВО СТОЛОВОЙ СВЕКЛЫ

Инокуляция столовой свеклы бактериями в микрополевом опыте 1990 г. на пойменной почве приводила к значительному увеличению площади листьев и интенсивности СОг -газообмена общей листовой поверхностью на протяжении роста (рис. 4. 5). Наибольший стимулирующий эффект псевдомонад на эти процессы проявлялся в середине и во второй половине вегетации. В этот период площадь листьев инокулированных растений была на 43-54%, а интенсивность фотосинтеза - в 1.6-1.8 раза выше контрольных. СО2 -газообмен под влиянием псевдомонад возрастал во второй половине вегетации за счет увеличения листовой поверхности при практически неизменной интенсивности этого процесса на единицу поверхности листьев. Увеличение площади листьев инокулированных бактериями растений в момент их уборки обнаружено также в микрополевых опытах в 1988 и (989 гг.

При инокуляции растений псевдомонадамн установлено усиление активности нитратредуктазы в листьях практически в течение всего вегетационного периода (рис. 6). Большие значения нитратредуктазной активности в листьях инокулированных растений обусловлены усилением накопления в них нитратов (рис. 7). Активность этого фермента возрастала по мере роста растений, а накопление нитратов в листьях имело обратную зависимость: их максимум был в начальные периоды роста растений, минимум - в конце опыта. Для сахарной свеклы установлено, что нитраты в начале вегетации накапливаются в большей степени в запасном фонде и по мере роста растений, переходя в метаболический, становятся доступными нитратредуктазе вследствие чего ее активность возрастает (Овчаренко с соавт.. 1988).

Применение псевдомонад приводило к повышению содержания нитратов и в корнеплодах столовой свеклы (на 28-101%) на протяжении ее роста за исключением первого срока измерений (18.07.) (рис. 8). Аналогичная закономерность обнаружена и в черешках. Увеличение содержания нитратов в корнеплодах при уборке в варианте с бактериями по сравнению с контролем установлено также в микрополевом опыте на серой лесной почве и в производственном испытании на пойменной почве. В то же время обнаружено некоторое (на 13%) снижение количества нитратов в корнеплодах в опыте на пойменной почве в 1988 г. Повышение содержания нитратов в корнеплодах инокулированных растений, вероятно, обусловлено большим выносом ими азота (Лешков с соавт.. 1991) и значительным ростом урожая (Волкова, 1990). Следует отметить, что содержание нитратов в корнеплодах как инокулированных, так и контрольных растений столовой свеклы на протяжении вегетации во всех

дм " /сосуд

дата измерения —♦—контроль —"—Pseudomonas

Рис. 4. Площадь листьев столовой свеклы

иг СО g /сосуд/час

дата измерения контроль. —*— Pseudomonas

Рис. 5. Интенсивность фотосинтеза растений столовой СЕеклы

ШкМ N02 /г/час

18.07

03.08

20.08

17Л9 05Д9

дата измерения

I I. контроль. I I РюаЛоаопа!

Рис. 6. Нитратрвдуктззная активность листьев столовой свеклы

дата намерения —9- .контроль. —*- Рмойотопах

Рис. 7. Содержание нитратов в листьях столовой свеклы

опытах, было от двух до нескольких раз ниже ПДК.

дата измерения

® . контроль . —*— рдешЮтопаз

Рис. 8. Содержание нитратов в корнеплодах столовой свеклы

Под влиянием псевдомонад усиливался синтез белковых соединений в растениях. Так, в опыте, проведенном на серой лесной почве, в момент уборки установлено увеличение содержания белкового азота в корнеплодах инокулированных растений в 1.3-2.2 раза, а в опыте на пойменной почве в 1990 г. -в 1.4 раза. Повышение содержания белкового азота в корнеплодах при применении бактерий происходило во второй половине вегетации.

Содержание водорастворимых углеводов в растениях в процессе роста столовой свеклы в большей степени было подвержено изменениям в течение вегетационного периода и в меньшей степени зависело от бактерий. При уборке количество углеводов в инокулированных растениях (в пересчете на общую массу) было существенно выше, чем в контрольных.

Таким образом, исследованные псевдомонады значительно стимулируют ростовые процессы столовой свеклы, усиливают интенсивность фотосинтеза и активность некоторых биохимических процессов в растениях. В основе положительного действия бактерий на фотосинтез лежит увеличение листовой поверхности, вызванное, вероятно, образованием псевдомонадами фитогормонов (Уапсига, 1989). Усиление активности азотфиксации в ризосфере инокулированных растений, обнаруженное в наших исследованиях, обусловлено, по-видимому, повышением интенсивности фотосинтеза. Активность диазотрофных бактерий в ризосфере небобовых растений в значительной степени зависит от являющихся источником энергии для гетеротрофных

бактерин корневых выделений, количество которых в значительной степени определяется фотосинтезом (Умаров. 1986).

Под влиянием микроорганизмов увеличивается вынос растениями Р, К, Са, Mg, Na, Fe, Мп, Со, Cu, Zn и Mo. Стимуляция роста, увеличение урожая столовой свеклы, выноса растениями питательных веществ, а также усиление нитрогеназной активности в ризосфере при применении псевдомонад, связано, вероятно, и с повышением доступности и поглощения элементов минерального питания как растениями, так и бактериями. Вынос питательных элементов растениями в варианте с псевдомонадами повышался главным образом в результате увеличения урожая. Концентрации большинства элементов в инокулированных растениях в опытах, проведенных на пойменной почве, не изменялись или незначительно снижались. В опыте на серой лесной почве в результате резкого увеличения массы инокулированных растений и связанного с этим "ростового" разбавления установлено значительное (в несколько раз) снижение концентраций некоторых питательных элементов в урожае.

ВЫВОДЫ

1. Азотфиксирующие бактерии Р. pulida 23 значительно стимулируют рост столовой свеклы при выращивании ее на пойменной почве, увеличивают вынос растениями азота на 31-36%, других макро-, а также микроэлементов и повышают урожай, в том числе корнеплодов, в 1.2-1.5 раза. Наибольший эффект от инокуляции получен на серой лесной почве с более низким естественным плодородием по сравнению с пойменной почвой.

2. Увеличение выноса азота инокулированными растениями происходит вследствие усиления нитрогеназной активности в ризосфере и повышения в растениях количества "биологического" азота, а также лучшего использования азота удобрения на серой лесной почве. Наибольшие значения нитрогеназной активности в ризосфере отмечены в середине вегетационного периода, а включение фиксированного бактериями азота в растения - во второй половине вегетации.

3. Установлен положительный баланс азота в системе "почва-растение" при инокуляции столовой свеклы бактериями .в результате включения фиксированного азота в растения. Вместе с тем, не обнаружено статистически достоверных изменений в содержании валового азота в почве после выращивания столовой свеклы.

4. Псевдомонады увеличивают площадь листовой поверхности, интенсивность фотосинтеза, нитратредуктазную активность листьев, повышают содержание белкового азота в корнеплодах, количество водорастворимых углеводов и содержание нитратов в растениях, в том числе в корнеплодах, до

уровня, не превышающего ПДК.

5. Интродуцированные в ризосферу бактерии Р. putida 23 колонизируют корневую систему столовой свеклы и сохраняются на высоком уровне в ризоплане большую часть вегетационного периода.

6. Применение псевдомонад при выращивании столовой свеклы позволяет уменьшить дозы минеральных (NPK) удобрений в 2 раза без снижения урожая.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Влияние бактерий рода Pseudomonas на урожай и качество столовой свеклы //Тез. докл. Респ. конф. молодых ученых "Плодородие почв в интенсивном земледелии".-Минск, 1991.-С. 119 (в соавторстве).

2. Влияние бактерий рода Pseudomonas на урожай столовой свеклы и вынос азота растениями//Докл. ВАСХНИЛ.-1991.-1Ч 9.-С. 26-31 (в соавторстве).

3. Химический состав растений столовой свеклы, инокулированных бактериями рода Pseudomonas//¡\окл. ВАСХНИЛ.-1991.-N 10.-С. 21-26 (в соавторстве).

4. Влияние бактерий рода Pseudomonas на некоторые физиолого-биохимические процессы в растениях столовой свеклы//Докл. ВАСХНИЛ,-1992-Ы I.-C. 16-21 (в соавторстве).

5. Физиолого-биохимические процессы в растениях столовой свеклы и азотфиксация в ризосфере при инокуляции азотфиксирующими псевдомонадами//Тез. докл. Науч. конф. "Микроорганизмы в сельском хозяйстве".-Пущино, 1992.-С. 210 (в соавторстве).

6. Баланс азота в почве при выращивании столовой свеклы, инокулированной бактериями pcyta Pseudomonas//Докл. ВАСХНИЛ.-1992.-N З.-С. 7-12 (в соавторстве).

7. Влияние бактерий рода Pseudomonas на минеральное питание и урожай столовой свеклы//Тез докл. I Всесоюзн. научн. конф."Биология почв антропогенных ландшафтов", 15-17 октября 1991 г.-Днепропетровск, 1995.-С. 116 (в соавторстве).

8. Микробиологическая азотфиксация и рост растений при применении азот-фиксаторов//Тез. докл. IX Баховского коллоквиума по азотфиксации, Москва 24-26 января 1995 г.-Пущино:ОНТИ ПНЦ РАН, 1995.-С. 98 (в соавторстве).

9. Nitrogen fixation in the rhizosphere and growth of non-legumes inoculated with Pseudomonas genus bacteria//Abstract book of the 6th Intern. Symp. on Nitrogen Fixation with Non-legumes, Ismailia, Egypt, September 6-10, 1993,-Cairo University, 1993.-P. 126 (в соавторстве).