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"

Г ; ~ Н Г> п

1 ' и l\I

О 3 0>:ß fnг-7

На правах рукописи

САФРИНА ОЛЬГА СЕРГЕЕВНА

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 фотосиптеш РАН

Научные руководители:

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

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор В.В. Кидин кандидат биологических наук, доцен! А.Л. Степанов

Ведущее учреждение:

Российский научно-исследовательский и проекгно-технологический институт химизации сельского хозяйства

Защита состоится 1997 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 "ОУ ^лЛлАгСсРЛ 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.

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; Dbbereiner, 1978; Окоп, 1985). Среди микроорганизмов-стимуляторов роста растений большой интерес вызывают ризосферные флуоресцирующие псевдомонады (Kloeppcr et al., 1989; Vaneara, 1989), в том числе обладающие способностью к азотфиксации (Умаров ссоавт., 1994; Haahtelaet 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.

•3 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;

4. изменение интенсивности фотосинтеза и 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. pulida 23 усиливает дополнительное поступление азота из атмосферы в почву и обусловливает положительный баланс

этого элемента в 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 фотосинтетического 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.

Аиробация 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" (Пущино, 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 l5N по обеим формам азота, однозамещенный фосфорнокислый калий и сернокислый калий. Изб. ат. % l5N 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 па трех, а в конце опыта - па 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 оньпе использовали серую лесную и пойменную почвы. Повторность опыта - четырехкратная.

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

Со всех опытах выращивали столовую свеклу сорта Бордо.

В опытах использовали чистую азотфиксирующую культуру Р. pulida 23. выделенную из ризосферы овса сотрудниками группы "Симбиотическая и ассоциативная азотфиксация" ИПФС РАН. Нитрогепазная активность пссвдомонад составляла 42 нМ СЫЬ 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 автоклавированпую культуру бактерий. В производственном испытании всходы в фазе двух листьев обрабатывали водной суспензией псевдомонад из расчета 5х|05 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 NOl-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 ннтратредуктазную активность in vitro (Токарев. 1977). Интенсивность фотосинтеза растений определяли в открытых системах (Карпушкин, 1971). Газовые пробы анализировали на содержание СО2 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 кикрополевых опытах, г/сосуд

Таблица 1

Урожай растений (сырое вещество)

Год, почва Вариант Пг»гэа •MDIT ^UCIUt ¿Ii. Гк v г д.в. на г»г\гмгтт WWWJ^ обп^я масса прибавка nrtntott wv/ции «яог»тд ши \j ¡при-корне- бавка тттггчтп-г liionno ШШ^И 1 ШЬЛ/иДА корнеплодов надземная ПОППР I1IUUUU прибавка надземной массы

1988, пойменная 1.Без инокуляции 2.-Р. putida 23

контроль

НОР,

1989, 3. Без инокуляции - контроль

серая лесная 4. Без инокуляции - контроль

5. Без инокуляции - контроль

6. Р. риПйа 23

7. Р. риисИ. 23

8. V. рииаа 23

НСР,

1.5

05 0.8 1 .г

1.6 0.8 1 .2 1 .6

416

НСРЛ

05

1990, пойменная 9.Баз инокуляции Ю. Р. putida 23

контроль

(М)

г05 <У> HCPQ5 (М)

НСР05 (У) 1 .2

НОР,

05

981 1397 104

891 1036 1186

2273 1382 2355 131Э 2618 1432 1122

145

648

136

899 1220 188

321

672 1013 ИЗ

77S 903 1013 1563 1625 1885 443

211

25S

205

429 519 89

341

785 722 872

90

Примечание: НСРДЦ (М) - эффект микроорганизмов в зависимости от доз HPK;

HCFq5 (У) - эффект удобрений в зависимости от микроорганизмов;

НСРПц (М) - эффект микроорганизмов независимо от доз NFK;

HCPng (У) - эффект удобрений независимо от микроорге

Степень влияния микробиологического фактора - 50-60 %.

Гахтгйпългуо uiiuttjiuwiJ ■

309 384 72

113 133 173 710 730 733 258

81

149

67

470 701 167

75.

597 597 560

i

ел i

231

ТаОлица 2

тк

Урожай столоеой свеклы к изб.ат.% N в растениях е процессе роста. Микрополевой опыт 1Э90 г. на пойменной почве

ТТОФО изме- Вариант Масса растений, г/сосуд (сырое Еещество) Изб ат. ? 15Н

рения корнеплода надземная часть* ' корнеплода надземная часть*

Без инокуляции 182 + 7.20 + 0.20 гг I . ии + 0.04

Л Я ГУ7 1

Р. риИ(За 23 199 + 9** - 7.60 + 0.10 7.40 + 0.00

03.08 Без инокуляции - контроль 136 + 16 430 + 7 6.00 + 0.10 6.01 + 0.19

Р. риНйа 23 141 + 19 511 + 18 5.50 + 0.00 5.35 + 0.27

Без инокуляции 20.08. " контроль 273 + 23 490 + 20 5.15 + 0.15 5.00 + 0.10

Р. риНйа 23 357 + 7 827 + 18 3.56 + о.и 3.22 + 0.02

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

Р. ри<айа 23 546 + 15 егз + 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. риИйа 23 ^ * + 13 783 + 57 2.85 + 0.30 2.78 + 0.30

17.10. Без инокуляции - контроль 429 + 28 470 + 83 4.60 ± 0.00 2.91 + 0.10

Р. ри1;1&а 23 519 + 19 701 + 44 2.53 ± 0.12 о то + 0.05

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

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

2. ВЛИЯНИЕ БАКТЕРИЙ Р. PUTIDA 23 НА АЗОТНОЕ ПИТАНИЕ

РАСТЕНИЙ И БАЛАНС АЗОТА В СИСТЕМЕ "ПОЧВА-РАСТЕНИЕ"

В опыте, проведенном на 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 l5N 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 l5N с урожаем свеклы возрастали в 1.3-1.8 раза при применении бактерий только на фоне доз NPK. 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 - в1.4-1.5 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% от общего выноса азота в опытах па пойменной почве и до II"» - па серой лесной. В вариантах с бактериями обнаружено снижение величин изб. ат. % 1?N 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 l5N 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 WN (рис. 1). В период с 3.08. по 20.08 резко увеличился вынос а юта с атомной массой 14 инокулированными растениями в отличие от контрольных. В варианте без бактерий дальнейшее повышение использования l4N растениями отмечено в более поздний срок. Во второй половине вегетации в инокулированные растения по сравнению с контрольными поступало существенно больше IJN. потребление которого с урожаем продолжало возрастать 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 l5N удобрения, чем в варианте с псевдомонадами, однако в момент уборки в инокулированных растениях содержалось несколько большее количество меченого азота. Если на

Таблица 3

Вынос 15М удобрения и 14н растения?,s; столоеой свеклы в микрополеЕых опытах

Вариант Корнэплода Надземная часть Общая масса растений Изб. а г. % 15n

% N еын0с N, мг/ сосуд % N вынос N, мг/ сосуд вынос N. мг/ сосуд * К контролю еынос 15я удобрения еынос 14и 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 2.6 2443 5323 131 651 43 4672 135 0.77 0.63

вср0. 205 128 417 142 142

3 1.0 1016 2.1 487 1503 100 321 40 1182 100 5.40 3-33

4 1.1 1282 2.3 586 1868 100 412 34 1456 100 5.60 3.48

5 1.4 1596 2.3 452 2048 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

HCP¿5(M) 1121 273 1068 236 422

HCPqcj (У) 152 978 873 77 79

НСР05(М) 590 158 617 205 244

НСР0с(У) 107 691 618 54 56

9 1 .9 1384 2.5 1260 2644 100 700 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

ыг/сосуд

дата измерения контроль -*- Pseudomonas

Рис. 1. Вынос азота растениями столовой СБвклы

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 15Ы удобрения в 2-3 и более раз.

Меньшие значения изб. ат. % 15Ы в инокулированных растениях во второй половине вегетации (табл. 2) в соответствии с концепцией изотопного разбавления (Кепше е! 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 в

инокулированных растениях по сравнению с контрольными вследствие того, что азотфиксацня 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 ссоавт., 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 микрополавых опытах

Таблица 4

Дата Доза 15N Содержание азота, мг/100 г Баланс азота Б + В - А

Год, почва Вариант удобрения, г/сосуд исходное в почЕе А в растениях * Б в почЕе в конце опыта В

1983, пойменная

1989, серая лесная

1990, пойменная

Без инокуляции P. putida 23

Без инокуляции Без инокуляции Без инокуляции P. putida 23 P. putida 23 P. putida 23

Без инокуляции P. putida 23 Без инокуляции Р put ids 23 Без инокуляции P. putida 23

уборка

уборка

ОЗ.оз.

17.09.

17.10. (уборка)

1-5

НСР,

0.8 1 .2 1 .6 0.8 1.2 1.6

НСР,

05

05

1.2

134.4

112.1

212.7

9.6 183.3 + 8.5

13.0 186.3 + 14.9

0.4 4.7

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

НСР,

05

1.7 215.3 + 4.3

1.8 213.2 + 2.3

4.1 208.4 - 0.2

6.1 213.4 + 6.S

5.3 214.4 + 7 lo

7.8 215-3 + 10.4

0.2 3.7

Тк

Лй1 iriroTQ iuW irirnrtnamia

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 UN, содержащимся в растениях.

Резкое увеличение 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. pulida 23 в ризоплане по прошествии первого месяца роста растений составляла 6.1 х IО6 колониеобразующих единиц (КОЕ), изменялась незначительно за последующие два месяца и затем снижалась до 2.5х105 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 нигрогеназной 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 14N, содержащимся в растениях. Данные, полученные с помощью l5N и балансовым методом, хорошо согласуются результатами по ацетиленредукции и с измене -

_о

мг С^Н^/сосуд/час х 10

дата измерения

о

мг Су1^/сосуд/час х 1СГ

дата измерения . контроль ~РзвпсЮтопаз

Рис. 2. Нитрогенззная активность в ризосфере столоеой

свеклы Всхода 08.05.

дата измерения

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

нием 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 (15N) 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 1SN из удобрения. Установлена большая способность растений при инокуляции их диазотрофами использовать азот из различных субстратов (Giller et al., 1986).

4. ВЛИЯНИЕ БАКТЕРИЙ Р. PUT1DA 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. COi -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 мнкрополевых опытах в 1988 и 1989 гг.

При инокуляции растений псевдомонадами 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

ыг СО g /сосуд/час

дата измерения контроль, * Pseudomonas

Рис. 5. Интенсивность фотосинтеза растений столовой свеклы

ткМ ЫС>2 /г/чае

18.07

03.08

30.08

17Л9 05.0»

дата измерения

I_I. контроль. ЕЭ Ришйотопа»

Рис. 6. Нитратредуктазная активность листьев столовой свеклы

дата измерения О .контроль. —ж— Риайотопш

Рис. 7. Содержание нитратов в листьях столовой свеклы

опытах, было от двух до нескольких раз ниже ПДК.

дата измерения —. контроль —*— Рзеийошопаз

Рнс. 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 ог 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

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

Под влиянием микроорганизмов увеличивается вынос растениями Р, К, Са, Mg, Na, Fe, Mn, Co, 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. Азотфикснрующие бактерии P. putida 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 инокулироваппыми 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 IIТез. 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 рынос азота растениями/ОДокл. ВАСХНИЛ.-1991.-1М 9.-С. 26-31 (в соавторстве).

3. Химический состав растений столовой свеклы, инокулированных бактериями рода Pseudomonas!!)\ош. ВАСХНИЛ.-1991.-М 10.-С. 21-26 (в соавторстве).

4. Влияние бактерий рода Pseudomonas на некоторые физиолого-биохимические процессы в растениях столовой свеклы//Докл. BACXHRJI.-1992.-N.1.-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 рода Pseudomonas!!Докл. ВАСХНИЛ.-1992.-Ы З.-С. 7-12 (в соавторстве).

7. Влияние бактерий рода Pseudomonas на минеральное питание и урожай столовой свеклы//Тсз 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. N ¡trogen 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).