Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Повышение продуктивности горохо-злаковых смесей путем инокуляции семян клубеньковыми бактериями в комплексе с ассоциативными и свободноживущими диазотрофами

ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Повышение продуктивности горохо-злаковых смесей путем инокуляции семян клубеньковыми бактериями в комплексе с ассоциативными и свободноживущими диазотрофами"

Р Г Б ОД

2 7 ЯНН 1997

На правах рукописи

МИРЮГИНА Татьяна Андреевна

ПОВЫШЕНИЕ ПРОДУКТИВНОСТИ ГОРОХО-

ЗЛАКОВЫХ СМЕСЕЙ ПУТЕМ ИНОКУЛЯЦИИ СЕМЯН КЛУБЕНЬКОВЫМИ БАКТЕРИЯМИ В КОМПЛЕКСЕ С АССОЦИАТИВНЫМИ И СВОБОДНОЖИВУЩИМ И ДИАЗОТРОФАМИ.

03. 00. 12 - физиология растений

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Санкт-Петербург 1997

Работа выполнена в Российском государственном педагогическом университете им. А.И. Герцена

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Г.А. Воробейков

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

В.М. Бурень

доктор сельскохозяйственных наук, A.A. Баранов

Ведущая организация:

ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии (С-Петербург- Пушкин)

Защита состоится

иЫс

1997 г. в

часов на

заседании диссертационного совета Д 120. 37. 01 в Санкт-Петербургском государственном аграрном университете по адресу: 189620, Санкт-Петербург, Пушкин, Петербургское шоссе, 2, корп. 1а, ауд. 239.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке- Санкт-Петербургского государственного аграрного университета.

Автореферат разослан "ДЗ " C^ßiLC^oJ^f ] 997 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета /}//

доктор с.-х. наук, профессор *!'}// В.Г1. Царенко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований. Горохо-злаковые смеси играют важную роль в олучении пищевого зерна и кормов. Для повышения продуктивности смешанных осевов используются разнообразные агрономические приемы. К их числу тносится обработка семян гороха препаратами клубеньковых бактерий (ризобий), озволяюшая улучшить обеспеченность растений азотом, увеличить содержание елка и повысить продуктивность смешанных посевов. В последнее время была оказана возможность успешного использования штаммов диазотрофных бактерий е только при выращивании бобовых, но и злаковых растений, которые оказались ысокоотзывчивыми на бактеризацию. Поэтому при выращивании горохо-злаковых месей представляется перспективным использование бактериальных комплексов, ключающих ризобии и эффективные штаммы ассоциативных или вободноживущих азотфиксаторов. Однако в научной литературе сведений о арактере взаимодействий горохо-злаковых смесей с азотфиксаторами, а также о лиянии бактериальных комплексов на ростовые процессы, минеральное питание, еличипу и качество урожая практически нет.

Цель и задачи исследований. Цель работы: выявить значимость инокуляции ;мян горохо-злаковых смесей комплексами бактериальных штаммов, состоящих из изобий в сочетании со свободноживущими и ассоциативными диазотрофами, для овышения эффективности симбиоза, физиологической активности растений и величения продуктивности смешанных посевов.

В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи:

1. Исследовать приживаемость смешанных культур диазотрофов в ризоплане зрохо-ячменной и горохо-овсяной смесей в условиях лабораторного опыта.

2. Изучить действие ризоторфина, при использовании его в комплексе с }>фективными штаммами свободноживущих и ассоциативных азотфиксаторов, на итрогеназную активность у растений гороха, ячменя и овса растущих в смешанных эсевах.

3. Оценить влияние видовых и сортовых особенностей растений, возраста астений и предпосевной инокуляции семян бактериальными препаратами на эступление в растения гороха и ячменя фосфора-33.

4. Проанализировать влияние комплексной бактеризации семян горохо-¡аковых смесей на ростовые процессы, продуктивность растений и качество зожая.

5. Выявить наиболее эффективные ассоциации диазотрофов и рекомендовать с для практического использования при выращивании горохо-злаковых смесей.

Научная новизна. Впервые выполнены широкие исследования по изучению эффективности бактеризации семян горохо-злаковых смесей клубеньковыми бактериями совместно с ассоциативными и свободноживущими диазотрофами на некоторые физиологические процессы и продуктивность растений.

Изучена популяционная динамика смешанных культур азотфиксаторов в ризоплане горохо-ячменной и горохо-овсяной смесей, выявлены перспективные ассоциации, улучшающие приживаемость клубеньковых бактерий на корнях растений.

Экспериментально установлено, что отобранные ассоциации диазотрофов повышают эффективность инокуляции горохо-злаковых смесей в сравнении с использованием только клубеньковых бактерий. Выявлено стимулирующее действие бактерий на рост корней, формирование клубеньков у гороха и повышение их нитрогеназной активности.

Методом изотопной индикации обнаружена способность некоторых штаммов бактерий усиливать поглощение фосфора корнями гороха и ячменя. Выявлены такие сочетания бактериальных препаратов, которые улучшают минеральное питание растений, повышают их продуктивность и улучшают качество получаемой продукции.

Практическая значимость. Экспериментально обоснована целесообразность инокуляции семян горохо-злаковых смесей бактериальными комплексами включающими клубеньковые бактерии и эффективные штаммы свободноживущих и ассоциативных диазотрофов. Для горохо-ячменных смесей таким комплексом бактериальных препаратов является "ризоторфин + экстрасол I"; для горохо-овсяной смеси - "ризоторфин + агрофил".

Основные положения выносимые на защиту:

1. Использование бактериальных комплексов позволяет повысить всхожесть семян гороха, ячменя и овса;

2. Комплексное применение бактериальных штаммов усиливает ростовые процессы и улучшает обеспеченность растений минеральными элементами, особенно азотом и фосфором;

3. Подобранные бактериальные комплексы повышают продуктивность горохо-злаковых смесей и улучшают качество растительной продукции.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на научных конференциях профессорско-преподавательского состава Санкт-Петербургского аграрного университета в 1993 и 1994 годах, на межвузовской научно-практической конференции "Биология и экология в системе современного педагогического

образования" (Санкт-Петербург, 1994), на X международном конгрессе по азотфиксации (Санкт-Петербург, 1995).

Публикация результатов исследований. По материалам диссертации опубликовано 10 работ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания объектов и методов исследования, 5 глав, содержащих результаты экспериментальных данных и их обсуждение, заключения, выводов и списка литературы. Материал изложен на 172 страницах машинописного текста, содержит 44 таблицы, 15 рисунков. Список литературы включает 277 источника, из которых 98 принадлежит зарубежным авторам.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования по анализу действия бактериальных комплексов на рост, развитие и продуктивность горохо-злаковых смесей проводили на базе агробиостанции РГПУ им. А.И. Герцена, пос. Вырица, в 1993-1995 гг.

Полевые и вегетационные опыты с горохо-ячменнои и горохо-овсяной смесями ставили на дерново-слабоподзолистой супесчаной почве по общепринятым методикам (Ефимов и др., 1988). В полевых опытах минеральные удобрения вносили в дозах N30P60K60. В вегетационных опытах растения выращивали в сосудах, содержащих 5 кг почвы; фосфорные и калийные удобрения вносили по 0,1 г д.в., минеральный азот по 0,05 г д.в. из расчета на 1,0 килограмм почвы.

В опытах использовались следующие сорта растений: горох посевной - сорта Уладовский Юбилейный, Альфа, Адагунский; ячмень - сорт Криничный; овес - сорт Астор. Инокуляцию семян проводили торфяными и жидкими бактериальными препаратами, изготовленными в лаборатории технической микробиологии ВНИИ

г -v unvnnfiuminnut _ ПчтутлЛ

...........1------------- ч...........- " J —....../ "

В опытах использовали следующие бактериальные комплексы: Rhizobium leguminosarum, 1022 + Flavobacterium fulvum, 30 (ризоторфин + флавобктерин); Rhizobium leguminosarum, 1022 + Serratia, 218 (ризоторфин + экстасол II); Rhizobium leguminosarum, 1022 + Agrobacterium radiobacter, 10 (ризоторфин + агрофил); Rhizobium leguminosarum, 1022 + Azotobacter chroococcum, 20 [ризоторфин + азотобактерин). В контрольном варианте семена обрабатывали только Rhizobium leguminosarum, 1022.

Инокуляцию увлажненных семян проводили в день посева. При комплексной инокуляции брали равные весовые количества инокулята, тщательно перемешивали я обрабатывали семена согласно рекомендациям для торфяных бактериальных

препаратов (Хотянович и др., 1980; Хотянович, 1991). Обработку семян проводили также 2-х суточными бактериальными суспензиями, из расчета 107 - 108 кл на 1 семя, замачивали семена в суспензии на 2 часа.

Эффективность инокуляции растений определяли по величине урожая зеленой массы смеси и его структуре: числу побегов у злаков, количеству междоузлий и цветков у гороха; массе корневой системы растений и ее нитрогеназной активности. Измерения азотфиксации проводили ацетиленовым методом по общепринятой методике (Симаров, 1984). Определение этилена осуществляли на газовом хроматографе "Цвет-106" с пламенно-ионизационным детектором.

При качественном анализе надземной массы определяли содержание азота, фосфора, калия. Содержание общего азота и фосфора определяли колориметрическим методом на ФЭК. Количественное определение общего калия проводили на пламенном фотометре. Для определения нитратов использовали мембранный ионоселективный электрод ЭМ-МОз-01 в паре с хлор-серебряным электродом сравнения ЭВП-1МЗ. Измерения проводили на иономере ЭВ-74 (Ягодин и др. 1987).

Влияние инокуляции семян на поступление и распределение фосфора-33 изучали в лабораторных условиях. Растения выращивали в рулонной культуре на питательной среде Кнопа (Бабаян, 1981). Радионуклиды вводили на 4-5 сутки после закладки опытов. Концентрацию фосфора-33 в растениях (надземной части и корнях) определяли на радиометре "Бетта".

Для изучения численности бактерий в ризоплане растений использовали маркированные антибиотиками штаммы. Растительные образцы отбирали в возрасте 10, 20, 30 и 40 суток. Численность бактерий определяли в ризоплане растений и выражали количеством клеток на 1 грамм сырых корней.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.

1. Приживаемость интродуцируемых штаммов бактерий в ризоплане гороха, ячменя и овса.

Исследования приживаемости бактерий в ризоплане горохо-злаковых смесей показали, что все изученные нами штаммы диазотрофов способны активно колонизировать поверхность корней в течении первых Ю суток и длительное время сохраняться в ризоплане растений. Популяционные кривые интродуцированных штаммов имели принципиальные отличия.

Изучение приживаемости смешанных популяций "Я. ^иттозагит + Аг. сЬгоососсит" показало, что численность Аъ. сЬгоососсит, в ризоплане горохо-злаковых смесей, уже в течении первых 10 суток после инокуляции, стабилизировалась на довольно высоком уровне: у ячменя - 1-2 х 106 кл/г корней, у овса - 7 х105 кл/г корней, у гороха - 5-9 х 10б кл/г корней. В ризоплане гороха, в обоих вариантах смесей, численность бактерий сохранялась до конца опыта, у ячменя отмечено снижение количества бактерий после 20 суток до 3-5 х 105 кл/г корней. Колличество Аг. сЬгоососсит на корнях овса стало максимально на 20 сутки (5 х 106 кл/г корней). Численность популяции клубеньковых бактерий в ризоплане корней была почти полностью аналогична той, что наблюдалась в варианте с моноинокуляцией И. ^иттоэагшп (рис. 1). Можно предположить, что взаимодействие между микроорганизмами на уровне популяций не происходило.

Закономерность колонизации корней горохо-овсяной смеси бактериальным комплексом "Я. ^иттовагит + А. гасПоЬааег" имела более сложный характер (рис. 2). Так, численность Я. ^игшпозагит в ризоплане гороха достигла максимального значения только на 30-е сутки опыта (4 х 107 кл/г корней). Изучение приживаемости популяции ризобий в ризоплане овса показало, что после инокуляции количество бактерий интенсивно снижалось и на 10 сутки опыта составило 6-7 х 104 кл/г корней. Впоследствии их численность возрасла и стабилизировалось на уровне 4-5 х 105 кл/г корней, после 30 суток отмечено снижение плотности популяции.

Численность А. гаёюЬасСег в ризоплане гороха и овса была различной: наибольшее количество бактерий на корнях гороха наблюдалось на 30-е сутки опыта - 4-5 х 106 кл/г корней, после чего следовало снижение численности данных бактерий. Активное заселение ризоплана овса А. гас!юЬас1ег наблюдалось в течении первых 20 суток опыта - 5х 106 кл/г корней. Затем отмечено снижение их численности 1] некоторая стаСнлизацил в течении последних 10 дней эксперимента.чнслекпос^ь ризобий, в ризоплане ячменя, за первые 20 суток снизилась до 5-7 х 105 кл/г корней. В течении последующих 10 дней их количество возросло, до 5-7 х 106 кл/г корней, после чего численность ризобий снижалось до конца опыта. На корнях гороха, из смеси с ячменем, максимальная плотность Я. 1ецигшпозагит была отмечена также на 30 сутки после инокуляции (Ю7 кл/г корней).

Таким образом исследуемые штаммы бактерий способны длительное время сохраняться в ризоплане горохо-злаковых смесей, численностью порядка 105 107 кл/г корней. Антагонистических или конкурентных взаимоотношений между компонентами изученных нами бактериальных ассоциаций обнаружено не было.

<;

Ряд! —а—Ряд2 - - л - • РядЗ --о--Ряд4

Рис. 1. Динамика популяций смешанных культур Я. leguminosaгum

и Ах. сЬгоососсиш в ризоплане гороха и ячменя.

Условные обозначения: N - количество бактерий на 1г корней;

ряд 1 - численность Я. ¡едигшповагит на корнях гороха;

ряд 2 - численность Я. ^иппповагит на корнях ячменя;

ряд 3 - численность Аг. сИгоососсит корнях гороха;

ряд 4 - численность Аг. сЬгоососсиш на корнях ячменя.

—Ряд1 —в—Ряд2 - - а - • РядЗ - - о - - Ряд4

Рис. 2. Динамика популяций смешанных культур II. leguminosarum

и А. гасЦоЬас1ег в ризоплане гороха и овса.

Условные обозначения: N - количество бактерий на 1г корней;

ряд 1 - численность Я. ^ипиповагит на корнях гороха;

ряд 2 - численность Я. ^ипиповагит на корнях овса;

ряд 3 - численность А. гасПоЬас1ег на корнях гороха;

ряд 4 - численность А. гасПоЬа^ег на корнях овса.

А

2. Влияние бактериальных препаратов на всхожесть и прорастание ~емян.

Прорастающие семена способны выделять органические вещества, влияющие ría активность почвенной микрофлоры и увеличивать ее численность вблизи семян. 3 результате около семян с самых первых моментов их прорастание образуется юна, благоприятная для развития бактерий (Косенко и др., 1992).

Для сохранения всхожести семян используют бактерициды и фунгициды, эбладающие ингибирующим действием на патогенные микроорганизмы. Альтернативным способом защиты растений, не нарушающим естественные механизмы регуляции в посевах сельскохозяйственных культур, может стать применение бактериальных препаратов, обладающих антагонистическим эффектом по отношению к патогенам. В своих опытах мы проанализировали влияние различных бактериальных комплексов на прорастание семян.

В ряде лабораторных опытов было показано, что обработка семян злаков культуральпой жидкостью клубеньковых бактерий, содержащей клетки и продукты их метаболизма, активизировала энергию прорастания семян к рост проростков. Гак, всхожесть ячменя возросла с 74% в контроле до 86% при обработке семян клубеньковыми бактериями; овса - соответственно с 77% до 92%. В полепых условиях всхожесть ячменя возросла на 4%, овса на 7%.

Следовательно, действие метаболитов клубеньковых бактерий на начальных фазах развития растений проявляется в активизации энергии прорастания и всхожести семян, а также усилении роста проростков как у бобовых, так и у небобовых культур.

Во всех вариантах опытов с горохо-злаковыми смесями, при использовании бактериальных комплексов, отмечено увеличение всхожести семян, использование чистой культуры R. leguminosarum оказалось менее эффективным. Бактеризация семян в большей степени повысила всхожесть гороха, чем злаков.

Для прорастания семян горохо-овсяной смеси наиболее эффективным оказалась инокуляция ризоторфином совместно с азотобактерином. На всхожесть семян горохо-ячменной смеси лучше всего повлияла обработка комплексом "ризоторфин + агрофил" (табл. I).

Защитные механизмы бактерий-антагонистов по отношению к патогенной микрофлоре могут основываться на быстром росте, размножении и усилении конкуренции за органические и минеральные вещества. Угнетение патогенов может происходить за счет продуцирования антибиотических веществ и выделения в среду особых соединений -сидерофор, усиливающих конкуренцию бактерий за железо.

Таблица 1. Влияние бактериальных препаратов на прорастание семян

горохо-ячменной смеси (% всхожести, вегетационный опыт)

Вариант 1993 г горох ячмень 1994 г горох ячмень 1995 г горох ячмень за 3 года горох ячмень

Контроль _ _ 56 75 64 81 60 78

Rhizobium 72 85 63 79 70 83 68 82

Rh + Serratia 98 88 66 78 75 85 80 84

Rh+Flavobacterium 86 88 _ _ 79 86 82 87

Rh+Agrobacterium 87 87 79 87 85 91 84 88

Rh + Azotobacter _ _ 69 84 74 87 72 86

Rh+Pseudomonos ko 70 88 65 80 73 81 69 85

HCP0.5 2,4 2,0 2,1 1,8 1,7 2,1

Таким образом, полученные экспериментальные данные позволяют констатировать, что инокуляция семян бобовых и злаковых культур ризобиями в комплексе с эффективными штаммами ассоциативных или свободноживущих азогфиксаторов существенно повышает всхожесть семян и в перспективе увеличивает урожайность посевов.

3. Ростовые процессы горохо-злаковых смесей при использовании бактериальных комплексов.

Многие микроорганизмы способны продуцировать биологически активные вещества - ауксины, гиббереллины, цитокинины, витамины, каротиноиды, ферменты, аминокислоты (Сабельникова и др., 1978; Мишке, 1988; Сасаап, 1989).

В наших опытах проанализировано влияние бактериальных комплексов на рост растений в высоту и массу корневой системы. Наиболее заметно повлияла на рост горохо-овсяной смеси обработка семян ризоторфином совместно с агрофилом;. высота гороха увеличилась на 20%, овса на 8%, по сравнению с обработкой только ризоторфином. Высота растений в горохо-ячменной смеси превышала контроль у гороха на 12- 26% и у ячменя на 4-13%. Положительное влияние на высоту растений отмечено и в других вариантах.

У злаковых компонентов смеси отмечено также повышение общей кустистости (на 18-39%). Увеличение высоты гороха происходило как за счет растяжения междоузлий, так и за счет увеличения количества узлов (на 3-16%). У растений гороха отмечалось также увеличение количества соцветий и появление новых стеблей.

Положительное влияние ассоциативных и свободноживущих бактерии на Я. ^ипппозагит может основываться на способности активно синтезировать вещества фитогормональной природы при их совместном культивировании и

к

[рименении, что приводит к усилению интенсивности обмена веществ и как ледствие к увеличению мощности корневой системы.

Во всех вариантах опытов с растениями горохо-злаковых смесей отмечено величение длины и массы корневой системы. Так, в лабораторных опытах с орохо-ячменной смесью усиление роста корневой системы наблюдалось при июкуляции ризоторфином; использование комплекса "ризоторфин + агрофил" еще юлее усиливало рост корней гороха и ячменя, соответственно на 52% и 48%. В егетационных опытах инокуляция семян клубеньковыми бактериями увеличивала тзмеры корневой системы в среднем на 18%, по сравнению с контролем без [нокуляции (табл. 2).

Таблица 2. Сырая масса корневой системы гороха и ячменя, растущих

в смешанных посевах, (г/сосуд, вегетационный опыт).

Вариант 1993 г горох ячмень 1994 г горох ячмень 1995 г горох ячмень за 3 года, % горох ячмень

Контроль _ _ 12.2 53.3 14.3 59.0 81 83 "

Rhizobium 12.1 63.1 15.3 64.7 17.1 70.1 100 100

Rh + Serratia 14.4 71.0 17.6 69.9 19.2 76.2 115 1 10

Rh + Flavobacterium 13.6 67.7 _ _ 18.7 73.3 1 10 106

Rh + Agrobacterium 15.0 71.5 19.2 73.0 20.2 80.4 123 114

Rh + Azotobacter _ _ 18.3 75.2 22.4 82.5 125 117

Rh + Pseudomonos ko 19.3 108.5 23.0 96.3 25.1 100.8 152 156

HPC 05 2.3 3.5 1.9 4.0 2.1 4.2

Наиболее заметное влияние на рост корней горохо-ячменной смеси оказала шокуляция семян ризоторфином в комплексе с экстрасолом I. Увеличение массы сорневой системы в этих опытах составляло: у гороха 52% и у ячменя 56%, по равнению с бактеризацией только ризоторфином. У растений горохо-овсяной :меси наибольшее увеличение сырой массы корней проявилось в варианте ризоторфин + агрофил ": у гороха на 41% и у овса на 33%.

Обработка семян бактериальными препаратами стимулировала также )бразование клубеньков у гороха. В контрольном варианте количество их было (езначительно, окраска - серо-зеленая и средний диаметр - 0,5-2,0 мм. При шокуляции ризоторфином отмечалось увеличение количества клубеньков, окраска IX сменялась на бледно-розовую и размеры возрастали до 5-9 мм в диаметре. Максимальное увеличение количества клубеньков на корнях гороха отмечалось в )арианте - "ризоторфин + агрофил". Число клубеньков возрастало на 70-80%, жраска становилась интенсивно-розовой, диаметр их составлял 10-15 мм. Читрагинизация семян оказывает влияние не только на количество, но и на расположение клубеньков по корневой системе. У инокулированных растений

о

гороха их становится больше в базальной части корня. Именно эти клубеньки имеют более высокую азотфиксирующую способность (Доросинский, 1970; Воробейков, 1989).

В ходе лабораторных опытов мы обратили внимание на то, что клубеньковые бактерии способствовали лучшему росту корневых волосков, как у гороха, так и у злаков. Корневые волоски при обработке К. ^иттоБагит становились длиннее и увеличивалось их количество на единицу площади.

Таким образом, результаты наших исследований показывают, что клубеньковые бактерии, особенно их комплексы с ассоциативными диазотрофами, оказывают ростстимулирующее действие на различные органы растений. В частности, они повышают энергию прорастания семян, стимулируют рост надземных органов растений, корней и корневых волосков. Для растений гороха характерным является также усиление образования клубеньков.

4. Минеральное питание растений.

Увеличение количества и массы клубеньков на корнях бобовых растений создают, как правило, основу для более высокой азотфиксирующей активности. В наших опытах, в вариантах с применением бактериальных комплексов, где количество и масса клубеньков на корнях гороха возрастала, отмечалось заметное увеличение нитрогеназной активности. Наиболее заметное действие на активность нитрогеназы проявилось при обработке семян горохо-ячменной смеси комплексом клубеньковых бактерий с агробактериями. В вегетационном опыте активность фермента возросла у гороха в 2,5 раза, у ячменя - в 1,5 раза; в полевом опыте соответственно в 1,9.и 1,2 раза. Инокуляция семян чистой культурой клубеньковых бактерий увеличила уровнен азотфиксации в 1,3 раза (табл. 3).

Таблица 3. Влияние бактеризации семян горохо-ячменноГг смеси на нитрогеназную активность корневой системы, (нМоль С2Н4/час/г/корней, вегетационный опыт).__

Вариант 1993 г горох ячмень 1994 г горох ячмень 1995 г горох ячмень за 3 года, % горох ячмень

Контроль _ _ 450 105 730 205 72 73

Rhizobium 690 280 625 165 1160 245 100 100

Rh + Serratia 980 335 720 210 1655 330 136 129

Rh + Flavobacterium 1030 320 _ _ 1845 300 154 119

Rh + Agrobacterium 1255 370 1185 250 2350 370 245 146

Rh'+ Azoiobacter _ — 990 220 1900 320 162 135

Rh + Pseudomonos ko 1 180 340 1280 190 2315 325 223 126

in

В опытах с горохо-овсяной смесью наибольший эффект получен также при бактеризации семян комплексом "ризоторфин + агрофил". Нитрогеназная активность корневой системы у гороха возросла в 2,4; у овса в 1,4 раза. В полевом опыте увеличение нитрогеназной активности было еще более существенно: у гороха в 2,6 раза, у овса в 1,3 раза. Значительное повышение азотфиксирующей способности отмечалось и при инокуляции семян клубеньковыми бактериями совместно с азотобактерином и экстрасолом I.

Отмеченное повышение нитрогеназной активности можно объяснить тем, что сочетание клубеньковых бактерий с агробактериями оказалось продуктивным в отношении синтеза индолилуксусной кислоты. Следствием этого повышения является образование большего количества клубеньков на корнях бобовых и повышение их нитрогеназной активности (Андреева, 1991).

В своей работе мы проанализировали влияние инокуляции семян на поглощение, накопление и распределение фосфора-33 в растениях гороха и ячменя при их совместном выращивании. При исследовании влияния бактериальных комплексов на поступление и распределение 33Р в проростках ячменя и гороха выяснилось, что коэффициент накопления (КН) 33Р надземной частью ячменя превышает КН 33Р надземной частью гороха в 2.7 - 7.9 раза. Для проростков ячменя вынос надземной частью составлял 56,4-77,0% от общего выноса ЗЗР, тогда как вынос надземной частью проростков гороха изменялся в пределах 17,7-31,4% (рис. 3).

НпР

60 у

50 ■■

JO ■■

30 20 •■ 10

О --

2 3 4 ячмень

2 3 4 горох

Рис. 3. Влияние бактериальных препаратов на величину КН 33Р в надземной части проростков ячменя и гороха

Обозначения: 1. Rhizobium (Rh); 2. Rh + Serratia 3. Rh + Agrobacterium; 4. Rh + Flavobacterium; 5. Rh + Pseudomonas ko

5

s

Бактеризация семян более существенно повлияла на поступление 33Р в надземные органы гороха, чем ячменя. В среднем по вариантам увеличение КН гороха составило 39%. Накопление 33Р в надземных органах ячменя под влиянием бактериальных препаратов увеличивалось в среднем по вариантам на 21%.

Зависимость поступления 33Р при инокуляции семян бактериальными препаратами, мы проследили так же на примере растений ячменя сорта "Криничный". Контролем служил вариант без инокуляции, во 2-м варианте семена ячменя инокулировались Я. 1е£штйпо5агшп, в 3-м варианте - бактериальным комплексом: "К. 1е£игшпо5агит + А. гасНоЬа«егн.

Отмечено, что инокуляция семян, особенно комплексная, повышала поступление 33Р в фотосинтезирующие органы проростков ячменя. Вынос 33Р надземной массой (в % от общего выноса проростками) составил 62-93% (рис. 4).

КН 33Р

□ Ряд1

ЕЭРяд2

70 -1

60

50 -

40 -

30 1

20 - 5

10 -

0 - М

_0_

б в

6

г

1 2 3

Рис. 4. Влияние предпосевной бактеризации семян на КН 33Р в проростках ячменя в период роста от 10 до 31 суток: 10 сут. (а); 17 сут. (б); 24 сут. (в); 31 сут. (г).

Обозначения: I - контроль; 2 - ЯЫгоЫит; 3 - ЛЬ + Agrobacterium Ряд I - вынос корнями; Ряд 2 - вынос надземной массой.

Под влиянием бактериальных препаратов увеличилась длина корневой системы: при инокуляции Я. ^иттовагит на 10-21%, при использовании бактериального комплекса на 53-96%. В то же время увеличение надземной части проростков не отмечалось, но основываясь на данных вегетационных опытов можно предположить, что усиление роста зеленой массы будет происходить на более поздних этапах онтогенеза растений ячменя.

В результате наших опытов установлено, что используемые в исследованиях штаммы азотфиксаторов существенно улучшают фосфорное питание горохо-ячменной смеси и ячменя чистых посевов. Отмечено, что фосфор значительно

п

активнее поступает в фотосинтезирующие органы ячменя, чем гороха. Инокуляция ке семян в большей степени повлияла на увеличение КН 33Р в растениях гороха, чем з растениях ячменя.

5. Продуктивность горохо-злаковых смесей при использовании 5актериапьных комплексов.

Смешанные посевы гороха со злаками содержат значительно больше кормовых гдиниц и перевариваемого протеина с единицы площади, по сравнению с чистыми посевами этих культур. Бобовые растения способны обогащать корм минеральными элементами питания, протеином, незаменимыми аминокислотами, злаковые компоненты смеси - углеводами.

Для анализа эффективности комплексной бактеризации семян горохо-злаковых смесей мы использовали показатель урожайности - зеленую массу растений. Уборку смесей проводили в фазе цветения - начала образования плодов у гороха.

В вегетационных опытах отмечена высокая эффективность ризоторфина для гороха, где прибавка зеленой массы составляла 18-36%. Урожайность ячменя существенно не изменилась. При использовании бактериальных комплексов наибольшая прибавка урожая была получена в варианте "ризоторфин + экстросол I": у гороха 36%, у ячменя 15%, по сравнению с обработкой семян только ризоторфином. Отмечено, что инокуляция бактериальными комплексами горохо-ячменной смеси увеличила вклад гороха в общую биомассу. Процентное содержание гороха в смеси при бактеризации, возросло до 34-46%, тогда как в контроле без инокуляции оно составляло 31-34%. Следовательно, инокуляция горохе .-.':мен"г>й смеси бактериальными комплексами способна повышать роль бобового компонента травосмеси.

В полевых опытах максимальное увеличение урожая отмечено в варианте обработанном клубеньковыми бактериями в сочетании с экстросолом 1, где прибавка сырой массы смеси составила 22%. Менее значительное увеличение -14-17%, получено при инокуляции семян комплексами "ризоторфин + азотобактерин" и "ризоторфин + агрофил". Влияние клубеньковых бактерий на продуктивность гороха в горохо-овсяной смеси было более значительно, чем в горохо-ячменных посевах. Урожайность гороха возрастала на 33-56%, овса на 5-16% (табл. 4).

Таблица 4. Влияние бактериальных препаратов на формирование зеленой массы растений горохо-овсяной смеси (г/сосуд, вегетационный опыт).

Вариант 1993 г горох овес 1994 г горох овес 1995 г горох овес за 3 года, % горох овес

Контроль _ 13.0 40.0 34.5 56.5

Rhizobium 55.5 114.0 20.0 42.5 45.5 66.0 10 0 100

Rh + Serratia 65.5 118.5 22.0 44.5 49.0 67.5 112 100

Rh + Flavobacterium 60.0 102.5 __ _ 51.5 65.0 _

Rh + Agrobacterium _ _ 26.5 57.0 56.5 81.0 — _

Rh + Azotobacter 67.5 130.0 25.5 46.0 50.4 62.0 120 107

Rh + Pseudomonos ko 60.5 120.0 25.0 48.0 50.5 76.5 112 110

HPC 05 2.3 3.2 2.9 2.4 2.7 2.5

Анализируя данные полевых опытов с горохо-овсяной смесью можно констатировать, что наибольшее повышение урожая зеленой массы происходило при инокуляции семян комплексом ризоторфина с агрофилом. Урожайность смеси в этом варианте возросла на 29%, причем доля гороха в смеси увеличилась с 28-40% в контроле, до 33-50% при использовании данного сочетания бактерий (рис. 5).

кг/м^

1

¡ШШЗ

3 4

0Ряд1 □ Ряд2

Рис. 5. Вклад гороха в урожайность горохо-овсяной смеси, среднее за 3 года, полевой опыт.

Обозначения: ряд 1 - содержание гороха, ряд 2 - содержание овса.

1. Rhizobium (Rh); 2. Rh + Serratia; 3. Rh + Flavobacterium;

4. Rh + Agrobacterium; 5. Rh + Azotobacter; 6. Rh + Pseudomonas ko

Таким образом, по результатам вегетационных и полевых опытов можно заключить, что растения горохо-овсяной смеси оказались более отзывчивыми на обработку семян бактериальными комплексами, чем растения горохо-ячменной смеси.

5

б

U

Известно, что активность азотфиксирующих диазотрофов зависит от фокого комплекса почвенно-климатических факторов, среди которых важное сто занимает неблагоприятная кислотность почвы.

В наших опытах отмечено, что использование бактериальных комплексов при благоприятной кислотности почвы (рН сол. 4,5) является неэффективным. В этих гсовиях не происходит увеличение урожая, снижается масса корневой системы и ее трогеназная активность. Эти наблюдения позволяют считать низкую слотность почвы серьезным негативным фактором, под влиянием которого ложительное действие бактериальных комплексов на растения не проявляются.

Предпосевная обработка семян комплексом бактериальных препаратов 'иводит не только к повышению урожая, но и улучшению его качества.

В ходе работы мы провели ряд исследований по влиянию комплексной юкуляции семян на содержание азота, фосфора, калия и в зеленой массе гороха и ака. Наиболее заметное увеличение концентрации азота в зеленой массе гороха и меня отмечено в варианте инокулируемом ризоторфином в комплексе с стросолом I. Содержание азота у гороха увеличивалось на 8%, у ячменя на 9%, | сравнению с контролем, обработанном только ризоторфином. Концентрация >сфора возрастала соответственно на 14% и 15%. Максимальное накопление калия .1ло отмечено в варианте "ризоторфин + агрофил", хотя в целом повышение >нцентрации калия не было столь заметно.

Повышение содержания азота в надземных органах горохо-овсяной смеси мечалось во всех вариантах опыта. Наиболее эффективными оказались >мплексы: "ризоторфин + агрофил" и "ризоторфин + азотобактерин". Обработка мян только ризоторфином позволила увеличить содержание фосфора у гороха на ¡-/о и у о^са ::2 В варианте "ризоторфин + агрофил" накопление фосфора еще >полнительно возрастало на 17% и 18% соответственно. Увеличение ко::це::трячии ота, фосфора и калия отмечалось также в вариантах полевого опыта.

Преимуществом биологического азота перед минеральным является также и |, что использование его не ведет к чрезмерному накоплению нитратов в юдукции. Основная причина содержания токсичных концентраций нитратов в юдуктивных частях растений - применение избыточных доз азотных удобрений, дологический азот фиксируемый микроорганизмами, в отличии от минерального, шяется экологически чистым, поступает в растения в восстановленной форме, и деет более высокий коэффициент усвоения.

Критерием оценки влияния азотных удобрений на качество продукции является эедельно допустимая концентрация (ПДК) нитратов в сельскохозяйственных

культурах. По утвержденным нормативам ПДК нитратов в зеленых кормах не должно превышать 500 мг/кг сырого продукта.

В наших опытах с горохо-ячменной и горохо-овсяной смесями выявлено, что при правильном использовании бактериальных удобрений содержание нитратов в зеленой массе растений снижается. Обработка семян горохо-ячменной смеси только ризоторфином снижала концентрацию нитратов в смеси на 6-8%, против необработанного контроля. В вариантах с комплексной инокуляцией содержание нитратов снижалось на 12-30% по сравнению с бактеризацией только ризобиями.

Таким образом, применение бактериальных препаратов является важным шагом на пути оптимизации минерального питания растений и повышения их продуктивности. Широкая бактеризация посевов позволяет уменьшить дозы минерального азота, увеличить долю биологического азота в урожае, улучшить егс качество и снизить химическую нагрузку на почву и окружающую среду в целом.

ВЫВОДЫ

1. Комплексы бактериальных препаратов, состоящие из клубеньковы: 6áKTepnñ и штаммов ассоциативных и свободноживущих бактерий, обладаю широким спектром действий на физиологические процессы и продуктивное горохо-злаковых смесей.

2. Бактериальные комплексы, включающие - R. leguminosarum, 1022, A. radiobacter, 10; Az. chroococcum, 20; Flavobacterium sp., 30, активн колонизируют поверхность корней гороха, ячменя, овса на первых этапах вегетаци и длительное время сохраняются в этой зоне.

3. Взаимодействие R. leguminosarum с подобранными штаммам ассоциативных и свободноживущих диазотрофов в ризоплане горохо-злаковы смесей отмечается на уровне популяций и выражается в улучшении приживаемо« R. leguminosarum и стабилизации их численности на более высоком уровне.

4. Эффективность изучаемых ассоциаций проявляется в увеличении всхожест семян обоих компонентов горохо-злаковых смесей: всхожесть гороха возросла i 4-29%, ячменя на 2-7%, овса на 2-9%.

5. Инокуляция семян горохо-злаковых смесей бактериальными комплекса», усиливает рост корневой системы, увеличивает длину корневых волосков и i количество на единицу площади, за счет чего возрастает поглотительн способность корневой системы.

6. Инокуляция семян клубеньковыми бактериями, в комплексе ассоциативными азотфиксаторами, стимулирует образование клубеньков у ropo;

i f.

итрогеназная активность корневой системы гороха в некоторых вариантах эзросла в 1,4-2,5 раза. Азотфиксирующая активность корневой системы ячменя зеличиласьв 1,2-1,5 раза; овса - в 1,2- 1,4 раза.

7. Важным механизмом взаимодействия бактериальных комплексов с горохо-гаковыми смесями является улучшение фосфорного питания растений.

8. При комплексной инокуляции семян горохо-ячменнои смеси прибавка рожая зеленой массы растений составила 6-24%, горохо-овсяной смеси - 7-29%. актеризация семян увеличила вклад гороха в общую биомассу смеси.

9. Инокуляция семян горохо-злаковых смесей повысила содержание азота, осфора, калия и способствовала снижению накопления нитратов в зеленой массе астений.

10. Для эффективного функционирования бактериальных комплексов еобходимы благоприятные почвенно-климатические условия. В частности, при изкой кислотности почвы (рН=4,5) положительный эффект от инокуляции не роявляется.

11. В результате проведенной работы выяснено, что для растений горохо-чменной смеси наиболее эффективным является использование бактериального омплекса - "ризоторфин + экстросол I", для растений горохо-овсяной смеси -ризоторфин + агрофил".

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

На основе полученных экспериментальных данных, в целях увеличения полевой ¡схожести горохо-злаковых смесей, улучшения минерального питания растений, тояышения урожая и улучшения его качества, мы рекомендуем инокуляцию семян -орохо-ячменной смеси бактериальным комплексом - "ризоторфин + экстросол I", -орохо-овсяной смеси - "ризоторфин + агрофил".

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Мирюгина Т.А., Павлова Т.К. Влияние комплексной бактеризации семян на продуктивность горохо-злаковой смеси// Материалы межвузовской научно-практической конференции "Биология и экология в системе современного педагогического образования" Санкт-Петербург - Ставрополь, 1994,-1. С. 61-62.

2. Витковская С.Е., Мирюгина Т.А., Дричко В.Ф. Сравнение поступления фосфора-33 и сурьмы-125 в растения при инокуляции семян различными бактериальными препаратами// Материалы межвузовской научно-практической конференции "Биология и экология в системе современного педагогического образования" Санкт-Петербург - Ставрополь, 1994,- I. С. 27-28.

п

3. Воробейков Г.А., Дубенская Г.И., Мирюгина Т.А., Хмелевская И.А. Хотянович А.В. Агрономические и экологические эффекты примененш бактериальных удобрений// Материалы межвузовской научно-практическо! конференции "Биология и экология в системе современного педагогическогс образования" Санкт-Петербург - Ставрополь, 1994,- часть I. С. 59-60.

4. Mirugina Т.А., Vorobeikov G.A., Vitkovskaya С.Е. Effect of pea and barley seec bacterization on the 3JP uptake by plants growing in mono and mixed crops II 1( International congress on nitrogen fixation. -May 28 - Junes, 1995. Postdeandlim Abstráete. Sent-Petersburg, Russia. P. 687.

9. Мирюгина T.A. Влияние клубеньковых бактерий и ассоциативных бактерш на азотфиксацию и продуктивность горохо-злаковых смесей// Тез. докл. 2-i Международной научно-практической конференции "Экология и охран; окружающей Среды". Пермь, 12-15 сентября 1995г. - Пермь, 1995, ч. 1. С. 89.

7. Мирюгина Т.А. Рост и развитие растений горохо-злаковых смесей npi инокуляции семян бактериальными комплексами// Тезисы IV межвузовской научно практической конференции "Экология. Экологическое образование, ег< возможности и перспективы. Интеграция". Тобольск, 9-11 ноября, 1995г. Тобольск. 1995. С. 40-41.

8. Мирюгина Т.А. Микробиологические способы повышения всхожести семя] горохо-злаковых смесей// Тезисы IV межвузовской научно-практическо] конференции "Экология. Экологическое образование, его возможности i перспективы. Интеграция". Тобольск, 9-11 ноября, 1995г. - Тобольск, 1995. С. 39-40

5. Vorobeikov G.A., Dubenskaya G.I., Mirugina Т.А., Khmelevskaya I.A. Bredikhin V.N., Khotyanovich A.V. Stimulation of the physiological processes of plant by means of biological strains// Annual symposium "Physical-chemical basis of plan physiology", 5-8 February, 1996, Penza-Pushcino, p. 144.

6. Мирюгина Т.А. Перспективы совместного использования клубеньковы бактерий и некоторых штаммов ассоциативных диазотрофов при выращивани горохо-злаковых смесей// Вестник научной информации Тобольског педагогического института им. Д.И. Менделеева, 1996, №2. С. 89-96.

10. Ефимов В.Н., Воробейков Г.А., Патил А.Б., Мирюгина Т.А., Бредихи

B.Н., Хотянович А.В. Азотное питание и продуктивность растений гороха пр обработке семян комплексом бактериальных препаратов// Агрохимия 1996, № 1

C. 10-15.

is