Продуктивность фасоли обыкновенной (Phaseolus vulgaris L.) при обработке семян микробными препаратами

Белоброва, Светлана Николаевна

Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему
Продуктивность фасоли обыкновенной (Phaseolus vulgaris L.) при обработке семян микробными препаратами
ВАК РФ 06.01.01, Общее земледелие

Автореферат диссертации по теме "Продуктивность фасоли обыкновенной (Phaseolus vulgaris L.) при обработке семян микробными препаратами"

005019248

На правах рукописи

БЕЛОБРОВА Светлана Николаевна

ПРОДУКТИВНОСТЬ ФАСОЛИ ОБЫКНОВЕННОЙ (PHASEOLUS VULGARIS L.) ПРИ ОБРАБОТКЕ СЕМЯН МИКРОБНЫМИ ПРЕПАРАТАМИ

06.01.01 — общее земледелие

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

; 2 Г7 Р Ш1

Санкт-Петербург — 2012

005019248

Работа выполнена в лаборатории экологии симбиотических и ассоциативны ризобактерий ГНУ Всероссийского научно-исследовательского института сельскохозяйственной микробиологии (ГНУ ВНИИСХМ г. Санкт-Петербург)

Научный руководитель: кандидат биологических наук

Кожемяков Андрей Петрович

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Вишнякова Маргарита Афанасьевна, ВНИИР им.Н.И. Вавилова

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Воробейков Геннадий Александрович, РГПУ им. Герцена

Ведущая организация: ГНУ Всероссийский научно-исследовательский

институт зернобобовых и крупяных культур РАСХН

Защита диссертации состоится 27 апреля 2012 года в 14 ч. 40 мин на засе дании диссертационного совета Д 220.060.01 при Санкт-Петербургском госу дарственном аграрном университете по адресу: 196601, Санкт-Петербург, i Пушкин, Петербургское шоссе, дом 2, корпус 1а, аудитория 330. Факс: (812 476-03-50, e-mail: spbgau@mail.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО СПбГАУ

Автореферат разослан «,1оЬ> марта 2012 года и расположен на сайте Минобрнауки РФ

Ученый секретарь диссертационного совета доктор сельскохозяйственных наук, профессор

- Кокорина Антонина Леонидов»

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. В настоящее время проблема производства небходимого количества полноценного растительного белка в питании человека и кормлении сельскохозяйственных животных приобрела большое значение. Решающая роль в сокращении дефицита растительного белка принадлежит бобовым культурам. Среди продовольственных зернобобовых культур фасоль обыкновенная (Phaseolits vulgaris L.) выделяется по питательности и многообразию использования на пищевые цели. В ее семенах содержится до 30% белка, до 3% жира, а в белке - все необходимые для человека аминокислоты, по питательности, приближающиеся к белкам животного происхождения (Акулов с со-авт., 2010). В последние годы ареал возделывания фасоли существенно расширился до центральной и северо-западной части России. Для ее выращивания в условиях Северо-Запада РФ необходима разработка адаптивной технологии возделывания. Одним из элементов технологии выращивания фасоли обыкновенной в новых агроклиматических условиях является обработка семян микробными биопрепаратами. Инокуляция семян фасоли ризоторфином, на основе селекционных штаммов клубеньковых бактерий, хорошо известна. Его применение позволяет существенно повысить симбиотическую азотфиксацию, снизить дозы минеральных удобрений и удешевить производство семян фасоли высокого качества (Самцевич с оавт., 1980; Андреева с соавт., 1990,1991; Васильчиков, 2005; Туаева, 2006; Осин с соавт., 2011). Работы связанные с изучением использования на фасоли других микробных препаратов и их сочетаний с ризоторфином, незначительно, данная тема актуальна, так как направлена на поиск новых возможностей экологизации земледелия.

Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы являлся поиск наиболее эффективного сочетания микробных препаратов, на основе микроорганизмов образующих различные типы симбиозов и анализ их влияния на показатели продуктивности растений фасоли обыкновенной в условиях Северо-Запада РФ.

Для выполнения поставленной цели были решены следующие задачи:

• изучено влияние микробных препаратов в различных сочетаниях на динамику роста и развития растений, фотосинтетическую деятельность и продуктивность фасоли обыкновенной;

• определено количество накопленного растениями азота, его содержание и доля в различных частях растений фасоли обыкновенной под влиянием изучаемых сочетаний микробных препаратов при инокуляции семян;

• проведен анализ структурных элементов роста продуктивности фасоли под воздействием микробных препаратов в использовании их при различных сочетаниях;

• рассчитана агроэнергетическая и экономическая эффективность при инокуляции семян микробными препаратами в различных сочетаниях.

Научная новизна. Впервые установлено, что в повышении семенной продуктивности и качества семян фасоли большое значение имеют микробные препараты. Наибольший эффект оказывала бинарная и тройная (смешенная) инокуляция семян фасоли микробными препаратами на основе: штаммов клубеньковых бактерий, ассоциативных ризобактерии и грибов арбускулярной микоризы.

Практическая значимость результатов исследований состоит в том, что при возделывании фасоли обыкновенной сорта «Сакса без волокна 615» обосновано применение для инокуляции семян наиболее эффективного сочетания микробных препаратов (ризоторфин + микориза), позволяющее повысить урожайность семян по сравнению с контролем на 40% и содержание в них белка на 0,8% без применения минеральных и органических удобрений.

Основные положения, выносимые на защиту.

• Пути повышения продуктивности растений фасоли за счет бинарной и тройной инокуляции семян при посеве на основе клубеньковых бактерий в сочетании с арбускулярной микоризой и мизорином;

• фотосинтетическая деятельность в зависимости от обработки семян фасоли при посеве микробными препаратами;

• пути увеличения азотфиксирующей активности и накопления азота в растениях фасоли за счет применения микробных препаратов;

• бинарная и тройная инокуляция семян с включением в ее состав микробного препарата арбускулярной микоризы обеспечивает наибольшую урожайность семян фасоли обыкновенной и накопление белка в растениях.

• агроэнергетическая и экономическая оценка эффективности инокуляции семян микробными препаратами при возделывании фасоли.

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на международной школе молодых учёных "Прикладные и фундаментальные аспекты сигнальных процессов, развития и эффективности симбиозов микроорганизмов с корнями" (Санкт-Петербург, 2007); на конференции профессорско-преподавательского состава Санкт-Петербургского Государственного аграрного университета (Санкт-Петербург, 2007).

Публикации результатов исследований. По результатам исследований опубликовано 6 работ, в том числе 3 - в журналах, рекомендованных ВАК.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 164 страницах печатного текста, состоит из введения, 4 глав, выводов, предложения производству, приложений, содержит 34 таблицы, 24 рисунка. Список использованной литературы включает 344 наименования, в том числе 169 на иностранных языках.

Объекты п методы исследования Место н схема проведения опытов. Вегетационные опыты закладывались в 2005...2006 гг. и 2010...2011 гг. в вегетационных домиках на территории опытного участка ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии (ВНИИСХМ) в сосудах Митчерлиха (5 кг почвы), с внесением минеральных солей по Прянишникову без азота (Прянишников, 1962). Повторность опыта - шестикратная.

Полевые опыты закладывались в 2005...2006 гг. на опытном поле ВНИИСХМ. Посев проводился вручную с нормой высева 220 тыс. всхожих семян на 1 га с глубиной заделки 3...5 см. Способ посева рядовой с междурядьем 30 см. Повторность в опытах 3-х кратная, площадь делянки 2 м2. Схема вегетационных и полевых опытов была следующая:

1. Контроль (К) (спонтанная инокуляция семян почвенной микрофлорой);

2. К + микориза (обработка семян микробным препаратом арбускулярной микоризы Glomus intraradices шт.8);

3. К + мизорин (обработка семян микробным препаратом ассоциативных ризо-бактерий Arlhrobacter mysorens шт.7);

4. К + микориза (шт.8) + мизорин(шт.7);

5. К + ризоторфин (инокуляция семян селекционными штаммами клубеньковых бактерий Rhizobium leguminosarum bv. Phaseoli, шт.653);

6. К + + ризоторфин (шт. 653) + микориза (шт. 8);

7. К + ризоторфин (шт. 653) + мизорин (шт. 7);

8. К + ризоторфин (шт.653) + микориза (шт.8) + мизорин (шт.7).

Вегетационные и полевые опыты были обработаны с помощью двухфак-торного анализа. Фактор А - отсутствие или наличие инокуляции семян фасоли селекционными штаммами клубеньковых бактерий (Ризоторфин). Фактор В -обработка семян фасоли различными селекционными штаммами микроорганизмов (раздельно и в сочетании): ассоциативными ризобактериями (мизорин) и арбускулярной микоризой (AM).

Метеорологические условия в годы проведения опытов. Оценка условий вегетационных периодов по гидротермическому коэффициенту Селиванова (ГТК) показала, что 2005 г.в июне наблюдалось избыточное увлажнение (ГТК=2,4), а в сентябре засушливый период (ГТК=0,7). В 2006 г. июле и августе был засушливый период (ГТК=0,6...0,7). В 2010 г. в июне наблюдалось избыточное увлажнение (ГТК=2,2), а в июле сухой период (ГТК=0,4). Июнь 2011 г. был засушливый период (ГТК=0,8), в августе - избыточное увлажнение (ГТК=2,2) (рис.1).

Метеорологические условия 2006, 2010...2011 гг., из-за сильной засухи, были менее благоприятными для роста и развития растений фасоли. Погодные условия в период вегетации 2005 г. по поступлению тепла и влаги являлись у дов летворительны м и.

Агрохимическая характеристика почв. Почвы в полевых и вегетационных опытах были дерново-слабоподзолистые, по гранулометрическому составу — среднесуглинистые, со средним содержанием гумуса от 2,3 до 2,7%, рНСОл от слабокислой до близкой к нейтральной (6,1...6,8), с содержанием общего азота - 0,21 ...0,22%, хорошо обеспеченные фосфором (25,0. ..41,1 мг/100 г почвы) и калием (18,7... 19,3 мг/100 г почвы).

Методы исследований. В течение всего периода вегетации фасоли обыкновенной проводились учеты морфологических признаков растений по фазам развития: цветение, образование бобов и полная спелость. Сырую массу корней определяли весовым методом, количество активных клубеньков подсчетом клубеньков розового и светло-розового цвета по методике Г.С. Посыпанова (1983). Азотфиксируюшая способность растений фасоли обыкновенной определяли ацетиленовым методом (Hardy R.W. F. et al., 1968; Алисова С.М., Чун-дерова А.И., 1982). Из показателей продуктивности определяли высоту растений, массу одного растения, площадь листьев (методом высечек), массу бобов, число бобов, число зерен и массу зерен с 1 растения, расчетным методом — об-лиственность растений, фотосинтетический потенциал (ФП) и чистую продуктивность фотосинтеза (ЧПФ) (Синякова Л.А. и др., 1990).

Общий азот в растительных образцах определяли методом Къельдаля на приборе "Kjeltec-auto" (Швеция), содержание белка — умножением процента содержания общего азота на коэффициент 5,7.

По результатам исследований рассчитана агроэнергетическая и экономическая оценка эффективности возделывания фасоли обыкновенной с инокуляцией семян микробными препаратами (Методические указания..., 2009). Статистическая обработка полученных данных проводилась с использованием двух-факторного анализа (Доспехов, 1985).

Объектом в исследованиях были растения фасоли обыкновенной (Phaseolus vulgaris) сорт «Сакса без волокна 615». Сорт получен методом индивидуального и массового отбора из образца немецкого происхождения одноименного названия. Сорт районирован в 1943 году (Каталог..., 1967).

В работе были использованы следующие препараты (микроорганизмы) из коллекции ВНИИСХМ:

Ризоторфин - на основе клубеньковых бактерий Rhizobium legiihiinosarum bv. phaseoli (штамм 653). Препарат использовали в жидкой форме с титром 2.. ,3х 109 КОЕ/мл.

Мизорин - на основе ассоциативных ризосферных бактерий Arthrobacter mysorens (штамм 7).. Препарат - в жидкой форме с титром 2...3Х109 КОЕ/мл.

Микориза - на основе микроскопических грибов арбускулярной микоризы (AM) Glomus inlraradices (штамм С1АМ8). Препарат представлял собой поч-

венно-корневой субстрат, созданный на основе растений, выращенных в стерильной почве с низким содержанием фосфора.

ПРОДУКТИВНОСТЬ ФАСОЛИ ОБЫКНОВЕННОЙ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ИНОКУЛЯЦИИ СЕМЯН ПРИ РАЗЛИЧНОМ СОЧЕТАНИИ МИКРОБНЫХ ПРЕПАРАТОВ (результаты исследований) Рост и развитие растений фасоли обыкновенной.

Высота, масса растений и масса корней в годы исследований зависели от изучаемых в опыте вариантов применения микробных препаратов.

Наибольшая высота и масса растений в среднем по годам исследовании наблюдалась в фазу образования бобов. В вегетационных условиях высота растений была максимальной в варианте с применением микоризы - 31 см, а по массе корней наилучшие показатели были на варианте с применением ризотор-фина (6,7 г/раст.). Надземная масса растений фасоли обыкновенной существенно увеличилась при бинарной обработке семян ризоторфином с мизорином в фазу образования бобов (табл. 1.). Высокую продуктивность по массе растений обеспечила как инокуляция семян фасоли клубеньковыми бактериями (фактор А=45%), так и обработка семян ассоциативными ризобактериями (мизорин) и арбускулярной микроизой (фактор В=47%).

В полевых условиях высота растений фасоли была на 10... 15 см больше, чем в вегетационных опытах, а масса корней напротив ниже на 1...2 г/раст. Существенного влияния изучаемых препаратов на высоту растений фасоли выявлено не было. Однако применение микоризы привело к существенному увеличению массы корней (на 20...30% к контролю) и надземной массы в фазу цветения -39,3 г/раст., образования бобов - 126,3 и полной спелости - 79,5 г/раст. (табл. 1.).

Таблица 1. Масса растений фасоли обыкновенной в фазу образования бобов в среднем за годы исследований, г/раст

Фактор А Варианты (фактор В)

контроль микориза мизорин микориза + мизорин Среднее

Вегетационные опыты, 2005...2006 и 2010... 2011 гг. (нср„5,в>=0,64)

Контроль 30,0 33,4 35,0 30,7 32,3

Ризоторфин 34,4 35,3 37,3 34,6 35,4

Среднее(НСРо5,АгО,45) 32,2 34.3 36,2 32,6 НСР„5(дв)=0,91

Доля влияния фактора: А - 45%. В - 47%. АВ - 5%, Ъ - 3%

Полевые опыты. 2005... 2006 гг. (НСРедвГ 1,18)

Контроль 94,3 126,3 106,8 101,7 107.3

Ризоторфин 109,5 83,7 1033 90,4 96,7

Среднее (НСР()5(А)=3,15) 101,9 105.0 105,1 96,1 НСР(|5,АВ)=6,30

Доля влияния фактора: А - 19%, В - 20%. АВ - 52%, Ъ - 9%

Z - неконтролируемые факторы; жирный шрифт - достоверные различия с контролем

Таким образом, в вегетационных опытах масса растений и масса корней в большей степени зависела от обработки семян ризоторфином, а в полевых опытах на эти показатели существенное влияние оказала микориза, что может быть связано с большей площадью питания корней в данных условиях.

Фотосинтетическая продуктивность растений.

Фиксация азота в симбиотической системе тесно связана с фотосинтетической деятельностью растений. Поэтому представляется важным выявить влияние инокуляции семян на нарастание площади листьев, как основы фотосинтетической продуктивности растений. Максимальная площадь листьев фасоли обыкновенной была в фазу образования бобов (табл. 2.). В среднем за годы исследований, в условия вегетационных опытов положительное влияние на формирование растениями фотосинтезирующего аппарата оказала инокуляция семян ассоциативными ризобактериями (мизорин). Так, площадь листьев одного растения при применении мизорина была наибольшей и составила 420 см", что на 57 см2 больше, чем на контроле (НСР05<ав)=24,6). Это можно обосновать и большей долей участия фактора В=45%.

В полевых условиях в среднем за годы исследования площадь листьев была самой высокой при обработке семян микоризой - прибавка составила 387 см2/раст. (НСР051ав>=173,5) и при бинарной инокуляции семян мизорином в сочетании с ризоторфином - 342 см2/раст.

Таблица 2. Площадь листьев фасоли в фазу образования бобов в зависимости от обработки семян микробными препаратами, см~/раст.

Фактор А Варианты (фактор В)

контроль микориза мизорин микориза + мизорин Среднее

Вегетационные опыты, 2005... 2006 и 2010... 2011 гг. (НСР(,5,в>=24,6)

Контроль 363 392 420 336 378

Ризоторфин 363 378 381 369 373

Среднее(НСР<«а)=П,0) 363 385 400 353 НСР(1,,ав>=34,8

Доля влияния фактора: А - 0%, В - 45%, АВ - 22%, Z - 33%

Полевые опыты, 2005... 2006 гг. (НСР„5<в>= 1.1В)

Контроль 966 1191 981 1067 1051

Ризоторфин 978 623 1102 1037 935

Среднее! HCP(ivai=46,9) 972 907 1042 1052 | НСР()5(ав)=93,8

Доля влияния фактора: А - 13%. В - 10%. АВ - 73%. Ъ - 4%

7. - неконтролируемые факторы: жирный шрифт - достоверные различия с контролем

Величина листовой поверхности растений тесно связана с фотосинтетическим потенциалом (ФП). Так, ФП в посевах фасоли обыкновенной в вегетационных условиях значительно увеличивался при бинарной инокуляции семян ризоторфином с микоризой и моноинокуляции семян мизорином. Прибавка ФП

в вегетационных опытах составила 2,5 и 2,0 тыс. см:-дн./раст. по сравнению с контролем, соответственно при НСР05(авг1,25 (табл. 3.). Существенное влияние на ФП фасоли оказала инокуляция семян при посеве микоризой и мизорином, доля влияния фактора В составила 44%. В полевых условиях наиболее стабильный результат по положительному влиянию на ФП растений фасоли был получен при при moho-, бинарной и тройной инокуляции семян содержащие штаммы ассоциативных ризобактерий (мизорин).

Таблица 3. Фотосинтетический потенциал фасоли в зависимости от обработки семян микробными препаратами, тыс.см2 *дн./раст.

Фактор А Варианты (фактор В)

контроль микориза мизорин микориза + мизорин Среднее

Вегетационные опыты, 2005... 2006 и 2010... 2011 гг. (НСР(,5(вгО,88)

Контроль 14,4 | 15,9 16,4 14,6 15,3

Ризоторфин 15,7 | 16,9 15,6 15.2 15,8

Среднее (НСРо5(А)=0,63) 15,0 | 16,4 16,0 14,9 НСРодАВ>=1,25

Доля влияния фактора: А - 8%. В - 44%, АВ - 13%, Z - 35%

Полевые опыты, 2005...2006 гг. (НСРо5(вг 1,18)

Контроль 33,6 37,9 36,5 37,6 36,4

Ризоторфин 34,6 32,6 38,0 35,6 35,2

Среднее (НСР,)5,дгО.76) 34,1 35,2 37,2 36,6 НСР„5(ав,= 1,64

Доля влияния фактора: А - 2%. В - 8%, АВ - 10%, Z - 80%

Ъ - неконтролируемые факторы; жирный шрифт - достоверные различия с контролем

Формирование урожайности находится в прямой зависимости от чистой продуктивности фотосинтеза (ЧПФ) фасоли обыкновенной. В среднем за годы исследований существенное влияние на ЧПФ фасоли оказали бинарная и тройная инокуляция семян, содержащие штаммы грибов арбускулярной микоризы (микориза) и ассоциативные ризобактерии (мизорин). В вегетационном опыте ЧПФ выросла по сравнению с контролем на 0,7... 1,5 г/м2*сут. при НСР05,авго,36 (табл. 4.). Применение микоризы и мизорина (фактор В) значительно увеличивали ЧПФ в посевах фасоли. Доля влияния фактора составила 50%. В полевом опыте ЧПФ фасоли на этих же вариантах выросла по сравнению с контролем на 1,7... 1,9 г/м"*сут. при НСРо5(ав)=0,47. Существенное влияние на ЧПФ оказало суммарное действие всех препаратов и ризоторфина (фактор АВ=41%, фактор А=38%).

Таблица 4. Чистая продуктивность фотосинтеза фасоли

в среднем за годы исследований, г/м2*сут.

—-—- Фактор А Варианты (фактор В)

контроль микориза мизорин микориза + мизорин Среднее

Вегетационные опыты, 2005... 2006 и 2010 .2011 гг. (НСР05(в>=0,26)

Контроль 4,80 4,20 4,44 6,33 ! 4,94

Ризоторфин 4,98 5,80 5,50 5,95 5,56

Среднее (НСР„5,а,=0,18) 4.89 5,00 4.97 6,14 HCP(j5(ab|=0.36

Доля влияния фактора: А - 17%, В - 50%, АВ - 28%, 2 - 5%

Полевые опыты, 2005...2006 гг. (НСР„5,в)=0,44)

Контроль 6,04 6,91 5.81 6,26 6,25

Ризоторфин 6,89 6,32 7,92 7,72 7,21

Среднее (НСР,№м=0.31) 6,46 6,61 6,86 6,99 НСР(|5(ав)~0,62

Доля влияния фактора: А - 38%, В - 7%, АВ - 41%, Ъ - 14%

г-неконтролируемые факторы: жирный шрифт - достоверные различия с контролем

Клубенькообразование, нитрогенназная активность и накопление азота в различных частях растений фасоли.

Полученные нами результаты показали, что за весь период проведения исследований на контрольном варианте, без внесения ризоторфина, образовывались активные клубеньки на корнях растений фасоли. Количество клубеньков с спонтанной инокуляцией было меньше по сравнению с инокуляцией семян селекционными штаммами клубеньковых бактерий (ризоторфин шт. 653; табл. 5.).

Таблица 5. Количество активных клубеньков фасоли обыкновенной (вегетационные опыты 2005...2006 и 2010...2011 гг.), шт./раст.

Фактор А Варианты (фактор В)

Контроль микориза мизорин микориза + мизорин Среднее

Цветение (НСРо5(в>~6,1 )

Контроль 107 118 132 116 118

Ризоторфин 138 161 172 161 158

Среднее(НСР«,|Аг4.3) 123 140 152 j 138 НСР(|5<ав|=9.8

Доля влияния фактора: А - 33%, В - 47%. АВ - 13%. 2 - 7%

Образование бобов (НС .•-••,■ »=7.4)

Контроль 131 139 1 133 i 141 | 136

Ризоторфин 164 187 144 179 | 169

С ред нее( H С Р«5( а г 5,3 ) 148 163 139 ! 160 ! НСРо5(ав>= Ю.4

Доля влияния фактора: А - 60%, В - 18%. АВ - 20%. Z - 2%

Ъ - неконтролируемые факторы; жирный шрифт - достоверные различия с контролем

Анализируя полученные результаты, очевидно, что применение ассоциативных ризобактерий (мизорин) и арбускулярной микоризы при инокуляции семян фасоли (фактор В) покзало самый высокий процент - 47 долевого уча-

стия в клубенькообразовании в период цветения фасоли.Так, наибольшее количество активных клубеньков - 172 шт./раст. было получено на варианте с применением мизорина.

Применение ризоторфина (фактор А) оказал существенное влияние на количество клубеньков в фазу образования бобов. Доля его участия была самой высокой и составила 60%. Наибольшее количество клубеньков 187 шт./раст. получено при бинарной инокуляции семян фасоли (ризоторфин + микориза), что на 56 шт./раст. больше по сравнению с контролем (при НСР05(ав)=Ю,4).

В условиях полевого опыта (табл. 6.) наибольшее увеличение клубеньков на корнях по сравнению с контролем, наблюдалось при бинарной инокуляции мизорином совместно с ризоторфином. Увеличение количества клубеньков на этом варианте составила 18 шт./раст., как в фазу цветения, так и фазу образования бобов (при НСР05(ав)=2,70 и 3,10, соответственно). Применение ризоторфина при инокуляции семян (фактор А) оказало самое высокое долевое участие на клубенькообразование во все фазы раезвития фасоли (А=от 65 до 76%).

Таблица 6. Количество активных клубеньков фасоли обыкновенной _(полевые опыты 2005...2006 гг.), шт./раст._

Фактор А Варианты (фактор В)

контроль микориза мизорин микориза + мизорин Среднее

Цветение (НСР„51В>=2,29)

Контроль 36,0 35,5 27.4 31,5 32.6

Ризоторфин 41,8 56,8 60,2 55,0 53,5

Среднее(НСР,«А)=1,62) 38.9 46.2 43,8 43,2 5 ЯСР(Ц(АВ)=2,70

Доля влияния фактора: А - 76%, В - 5%, АВ - 17%, Ъ - 2%

Образование бобов (НСР«5<в)=2,21)

Контроль 26,7 37,9 29,9 34,3 32,2

Ризоторфин 38,3 56,1 50,4 54,2 49,7

Среднее(НСРс!5(А>=1.53) 32,5 47,0 40,2 44,2 НСР(15ГАВ>=3,10

Доля влияния фактора: А - 65%, В - 23%, АВ - 10%, 2. - 2%

г - неконтролируемые факторы; жирный шрифт - достоверные различия с контролем

Более объективное представление о развитии симбиотической деятельности посевов фасоли позволяет получить анализ результатов нитрогенназаной активности. Наиболь нитрогеназная активность была в фазу цветения, 1 о объясняется потребностью растений в азоте именно в период интенсивного роста. В полевых условиях нитрогеназная активность была самой высокой на вариантах с моноинокуляцией семян фасоли микоризой (721 мг^/раст.) и бинарной инокуляцией семян ризоторфином с мизорином (674 мгШраст.), что в 2,4...2,6 раза больше, чем на контроле.

Критерием оценки работы симбиотического аппарата является накопление азота в растениях. Установлено, что в вегетационном опыте обработка семян

микробными препаратами достоверно повышала накопление азота в растениях на всех вариантах по сравнению с контролем. Инокуляция клубеньковыми бактериями - ризоторфином (табл. 7.) в наибольшей степени увеличивала накопление азота в общей биомассе - до 263 мг/раст., что на 57 мг/раст. больше, по сравнению с контролем без инокуляции (при НСР05(ав)=3,9). В полевых условиях, микориза позволила максимально увеличить накопление азота в растениях по сравнению со спонтанной и искусственной инокуляцией семян ризобиями. Накопление азота увеличилось с 523 и 540 мг/раст. на контроле до 557 и 584 мг/раст. при микоризации семян (НСРо5<ав)='2,9).

Сравнивая количество накопленного азота в растениях фасоли в полевых условиях очевидно, что на всех вариантах опытов количество азота было в 2 раза больше, чем в растениях вегетационных опытов. Это можно объяснить влия-ниием более благоприятных погодных условии в период вегетации растений.

Таблица 7. Влияние микробных препаратов на накопление азота в общей биомассе фасоли за годы исследований, мг/раст.

Фактор А Варианты (фактор В)

Контроль микориза мизорин микориза + мизорин Среднее

Вегетационные опыты. 2005...2006 и 2010...2011 гг. (НСР,15(в)=2.8)

Контроль 206 250 247 ! 259 240

Ризоторфин 263 212 257 250 245

Среднее (НСРо51Д)=2,0) 234 231 252 | 254 НСР(15(дв)=3.9

Доля влияния фактора: А - 2%, В - 22%. АВ - 75%, Ъ - 1%

Полевые опыты, 2005. ..2006 гг. (НСР„5(вг9,2)

Контроль 523 557 506 519 526

Ризоторфин 540 584 547 537 552

Среднее (НСР<15|А)=6,5) 532 571 526 528 НСР()5(ав)=12,9

Доля влияния фактора: А - 12%, В - 18%, АВ - 70%, Ъ - 0%

7. — неконтролируемые факторы: жирный шрифт - достоверные различия с контролем

При использовании фасоли как продовольственной культуры большое значение имеет распределение азота в различных частях растений. В растениях фасоли в условиях вегетационных и полевых опытах основная часть накопленного азота (от 66 до 80%) аккумулировалась в семенах (рис. 1.). Это увеличивает пищевую ценность фасоли. Применение бинарной и тройной инокуляции достоверно увеличивало процентное содержание азота в семенах от общего азота, накопленного в растении, за счет его снижения в стеблях и листьях. Доля влияния ризоторфина оказала существенное действие на содержание азота в зерне (фактор А =47%) и в вегетативной массе (фактор А=35%), а микориза и мизорин на накопление азота в корнях фасоли (фактор В=61%).

Контроль

Ризоторфин

80% 1

60%

40%

20%

Щр

1Ж_

■■■б"-

контроль микориза мизорин микориза + мизорин

□ зерно

8 вегетативная масса

□ корни

Рис. 1. Распределение азота по частям растений фасоли обыкновенной (вегетационные опыты 2005...2006 и 2010...2011 гг.), %

В полевых условиях доля азота в семенах возрастала по сравнению с вегетационными условиями. В среднем по годам, наибольшее накопление азота в семенах (до 80%) было при бинарной инокуляции семян ризоторфином с микоризой: прибавка к контролю составила 2% при НСР05(ав)=0,81 (рис. 2.).

Контроль

Ризоторфин

100%

80%

60%

40%

20%

контроль микориза мизорин микориза + мизорин

□ зерно

□ вегетативная масса

□ корни

Рис. 2. Распределение азота по частям растений фасоли обыкновенной (полевые опыты 2005...2006 гг.), %

Урожайность семян и выход белка с урожаем Семенная продуктивность бобовых культур, в т.ч. и фасоли обыкновенной, зависит от структурных элементов урожайности (числа бобов, число семян в бобе, массы 1000 семян). В вегетационных опытах масса семян была самой большой при тройной инокуляции семян фасоли (ризоторфин + микориза + ми-зорин) и составила 7,0 г/раст., что на 1,3 г/раст. больше по сравнению с контролем при НСРО5(ав)=0,51. На этом варианте самая высокая доля влияния - 52% получена от ризоторфина фактора А.

Существенное значение в повышении урожайности семян имеет число бобов на растении. Установлено, что при тройной инокуляции число бобов на растении было на 1,6 шт. больше по сравнению с контролем при НСРо5<ав>=0,47.

В полевых опытах в среднем за годы исследований наибольшая семенная продуктивность растений сформировалась в варианте с бинарной инокуляцией семян микоризой совместно с ризоторфином: 14,8 г/раст., что на 4,2 г/раст. больше, чем на контроле при НСР05(ав)=0,97 (табл. 8.).

Таблица 8. Влияние микробных препаратов на структурные элементы _урожайности фасоли (полевые опыты 2005...2006 гг.)_

Фактор А Варианты (фактор В)

контроль микориза мизорин микориза+ мизорин Среднее

число бобов, шт./расг. (НСРо5(в)=0,71)

Контроль 8,6 12,0 7,8 10,7 9,8

Ризоторфин 9,6 133 12,2 12,9 12,0

Среднее (НСР„5Ш=0,48) 9,1 12,7 10.0 11.8 НСР«5(ав.= 1,02

Доля влияния фактора: А - 71 %, В - 15%, АВ - 7%. Ъ - 7%

число семян в бобе, шт. (НСРо^в|=0,18)

Контроль 2,8 2,5 3,0 2,8 2,8

Ризоторфин 2,9 2,6 2,6 2,4 2.6

Среднее (НСРо5(аг0,12) 2,8 2,5 2,8 2,6 НСР(|5(ав)=0,25

Доля влияния фактора: А - 44%, В - 42%, АВ - 7%, Ъ - 7%

масса 1000 семян, г (НСРоз<в)=33,6)

Контроль 451 405 501 364 437

Ризоторфин 425 458 479 437 450

Среднее (НСР„5<а)=23,7) 438 432 504 401 НСРояав)=47,4

Доля влияния фактора: А - 30%, В - 27%, ЛВ - 20%, Ъ -23%

масса семян, г/раст. (НСРо5(в>-0.68)

Контроль 10,6 12,0 12,6 10,8 11,5

Ризоторфин 11,8 14,8 11,6 12,4 12,7

Среднее (НСРо5(А)=0,49) 11,2 14.2 12,1 11,6 НСРо5(ав)=0,97

Доля влияния фактора: А - 33%, В - 58%. АВ - 5%, Ъ - 4%

Z - неконтролируемые факторы: жирный шрифт - достоверные различия с контролем

Самое высокое долевое участие в повышении продуктивности семян фасоли обыкновенной показал фактор В - 58% с инокуляцией семян микоризой. При

этом увеличение массы семян было за счет достоверного увеличения числа бобов с растения: 13,3 шт./раст. по сравнению с 8,6 шт./раст. на контроле при НСРо5(ав)=1,02.

Урожайность является интегральным показателем роста и развития, фотосинтетической продуктивности и симбиотической деятельности растений. В среднем, за четыре года вегетационных опытов среди изучаемых сочетаний наиболее эффективной оказалась тройная инокуляция семян, которая обеспечила урожайность семян фасоли 334 г/м2. Это было на 64 г/м2 больше, чем на контроле при НСР05(ав)=22,8 (табл. 9.). Существенное влияние на урожайность семян оказало взаимодействие клубеньковых и ассоциативных бактерий (АВ=46%).

Таблица 9. Влияние микробных препаратов на урожайность фасоли обыкновенной при стандартной влажности семян (вегетационные опыты 2005...2006 и 2010...2011 гг.), г/м2

Фактор А Варианты (фактор В)

контроль микориза мизорин микориза + мизорин Среднее (НСР„5(В,= 16,1)

Контроль 270 313 283 304 293

Ризоторфин 323 274 325 334 314

Среднее (НСР„5(А,= 11,4) 296 294 304 319 НСР(15(ав1=22,8

Доля влияния фактора: А - 24%, В - 12%, АВ - 46%, Ъ - 18%

Ъ - неконтролируемые факторы; жирный шрифт - достоверные различия с контролем

В условиях полевых исследований тройная инокуляция семян была эффективна по сравнению с контролем, но наилучший по урожайности семян результат был при бинарной инокуляции ризоторфином и микоризой (табл. 10.). Урожайность семян фасоли на этом варианте составила 3,27 т/га, что на 0,93 т/га больше по сравнению с контролем при НСР05<ав)=0,13. Применение ризоторфи-на (фактор А) и микоризы (фактор В) оказали значительное влияние на формирование урожай. Доля их влияния в формировании урожая составила 44 и 43%, соответственно.

Таблица 10. Влияние микробных препаратов на урожайность фасоли обыкновенной при стандартной влажности семян (полевые опыты 2005...2006 гг.),т/га

Фактор А Варианты (фактор В)

контроль микориза мизорин микориза + мизорин Среднее (НСРо;(В|=0,09)

Контроль 2,34 2,64 2,77 2,37 2,53

Ризоторфин 2,60 3,27 2,87 2,73 2,87

Среднее (НСР,ъ,А)=0,07) 2,47 2.95 2.82 2.55 НСР,,чав,=0ЛЗ

Доля влияния фактора: А - 44%, В - 43%, АВ - 8%, Т - 5%

Ъ- неконтролируемые факторы; жирный шрифт - достоверные различия с контролем

Содержание белка в семенах в вегетационных опытах варьировало в диапазоне 18... 19%, а в полевых опытах этот показатель был на уровне 20...22%.

В вегетационных опытах взаимодействие ризоторфина, микоризы и мизо-рина (фактор АВ) увеличивало накопление белка в урожае. Доля влияния фактора была самой высокой и составила 42%. Что подтверждается наибольшим накоплением белка при тройной ионкуляции семян фасоли (63 г/м"), что на 25% больше, чем на контроле при НСРо5(ав>=4,35 (табл. 11).

Таблица 11. Влияние микробных препаратов на накопление белка в урожае семян фасоли обыкновенной (вегетационные опыты 2005...2006 и2010...2011 гг.), г/м2

Фактор А Варианты (фактор В)

контроль микориза мизорин микориза + мизорин Среднее (НСРо5(8)=3,07)

Контроль 49,6 57,6 52,3 57,7 54,3

Ризоторфин 61,5 50,3 61,6 62,8 59,0

Среднее (НСР,н(л|=2,17) 55,5 54,0 56,9 60,3 НСР„5(ав)=4,35

Доля влияния фактора: А - 26%, В - 16%, АВ - 42%, Ъ - 18%

Ъ - неконтролируемые факторы; жнрный шрифт - достоверные различия с контролем

В полевых опытах наибольший выход белка с урожаем обеспечила бинарная инокуляция семян ризоторфином с микоризой. Прибавка составила 35% по сравнению с контролем: накопление белка увеличилося с 510 до 722 кг/га при НСР05(ав)=29,8 (табл. 12.). Применение ризоторфина (фактор А) и микоризы (фактор В) оказала существенное влияние на накопление белка в урожае. Доля их влияния составила 42 и 35%, соответственно.

Таблица 12. Влияние микробных препаратов на выход белка с урожаем семян фасоли обыкновенной (полевые опыты 2005...2006 гг.), кг/га

Фактор А Варианты (фактор В)

контроль микориза мизорин микориза + мизорин Среднее (НСРо5(в)=21,1)

Контроль 510 521 549 489 517

Ризоторфин 527 722 570 592 603

Среднее (НСР„,,А)=14.9) 519 622 559 540 НСРо5(ав)=29,8

Доля влияния фактора: А - 42%. В - 35%, АВ - 20%, Ъ - 3%

Ъ - неконтролируемые факторы; жирный шрифт - достоверные различия с контролем

Агроэнергетическая и экономическая эффективность возделывания фасоли обыкновенной

Инокуляция семян фасоли при посеве ризоторфином совместной с микоризой увеличивала урожайность семян фасоли на 40%. В связи с этим на этом варианте получен самый высокий выход валовой энергии - 56,78 ГДж/га и условный чистый доход - 39,31 ГДж/га. Здесь же самый высокий коэффициент энергетической эффективности -2,25.

Этот же вариант оказался наиболее экономически выгодным. Так, например, стоимость валовой продукции здесь составила 98,1 тыс. руб./га, что на 27,9 тыс. руб./га больше по сравнению с контролем. Себестоимость единицы продукции на этом варианте была самой низкой и составляла 15,1 тыс. руб./т. Следовательно, условно чистый доход был самым высоким и составил 48,9 тыс. руб./га, что в 1,7 раза больше, чем на контроле без обработки семян, при уро-вене рентабельности 99%.

ВЫВОДЫ

1. Установлено, что инокуляция семян фасоли перед посевом микробными препаратами оказала положительное стимулирующее влияние на формирование продукционного процесса растений в целом.

2. Применение микробных препаратов для инокуляции семян фасоли оказало положительное влияние на показатели фотосинтетической продуктивности посева. Обработка семян арбускулярной микоризой (шт. 8) и мизорином (шт. 7) способствовало увеличению площади листьев на 15...23% по сравнению с контролем. Наибольший фотосинтетический потенциал посева 38 тыс. см"*дн./раст. был получен при бинарной инокуляции семян фасоли ризоторфи-ном (шт. 653) с микоризой (шт. 8), что на 17% больше по сравнению с контролем. Наиболее высокий показатель чистой продуктивности фотосинтеза — 7,92 г/м~*сут. был при бинарной инокуляции семян фасоли ризотрфином (шт. 653) и мизорином (шт. 7), что подтверждается долей влияния взаимодействия факторов АВ на ЧПФ, которая составляла 41%.

3. Существенное влияние на увеличение количества активных клубеньков на корнях фасоли оказала обработка семян ризоторфином, как раздельная, так и её применение в сочетании с микоризой (шт. 8) и мизорином (шт.7) в течение вегетационного периода развития растений. В среднем за годы исследований в фазу образования бобов количество активных клубеньков было в 1,4...2,1 раза больше по сравнению с контрольным вариантом без инокуляции.

4. Применение бинарной инокуляции семян фасоли (ризоторфин + мизо-рин) увеличивало накопление азота в общей биомассе на 12 % по сравнению с контролем. Основная часть накопленного азота аккумулировалась в семенах (66...80% от общего азота в растениях) и была максимальной при бинарной (ризоторфин+ микориза) и тройной инокуляции (ризоторфин + микориза + ми-зорин).

5. Выявлено, что из всех изучаемых структурных элементов, влияющих на урожайность семян фасоли обыкновенной, повышение происходило за счет увеличения числа бобов на растении до 25%.

6. Урожайность фасоли в большей степени зависела от совместной инокуляции семян фасоли клубеньковыми бактериями (ризоторфин, шт. 653) и арбу-скулярной микоризы (шт. 8). Урожайность на этом варианте была наибольшей и составила 3,27 т/га, что в 1,4 раза больше по сравнению с контролем. Бинарная (ризоторфин + микориза) и тройная инокуляции (ризоторфин + микориза8 + мизорин) семян способствовали наибольшему выходу белка с урожаем, на 27...42% по сравнению с контролем.

7. Обоснована агроэнергетическая эффективность применение микробных препаратов для инокуляции семян при возделывании фасоли на семена. Самый высокий коэффицент энергетической эффективности - 2,25 получен на варианте с совместной обработкой семян ризоторфином (шт. 653) и арбускулярной микоризой (шт. 8).

8. Применение инокуляции семян микробными препаратами при возделывании фасоли на семена экономически эффективно. Наибольший условно чистый доход получен 48,9 тыс. руб./га при бинарной инокуляции семян ризоторфином и микоризой. При этом уровень рентабельности повысился с 69 до 99%.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

1. При возделывании фасоли обыкновенной в условиях Северо-запада Нечерноземной зоны Российской Федерации на дерново-подзолистых почвах целесообразно проведение предпосевной инокуляции семян ризоторфином (штамм №653) совместно с мизорином (штамм №7) или арбускулярной микоризой (штамм №8), это обеспечивает:

• получение стабильной урожайности семян фасоли обыкновенной на уровне 2,5...3,3 т/га;

• выход растительного белка с урожаем 570...722 кг/га;

• способствует накоплению биологического азота и сохранению положительного баланса органического вещества в почве.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи, изданные в журналах, рекомендованных ВАК

1. Якоби Л.М., Белоброва С.Н., Качкин A.A., Попов A.A., Юрков А.П., Ко-жемяков А.П. Арбускулярная микориза и ее использование в качестве средства для повышения продуктивности сельскохозяйственных растений // Тез. докл. 11 Всероссийского съезда по защите растений "Фитосанитар-ное оздоровление экосистем". Т. 2. Санкт-Петербург, 5-10 декабря 2005. С. 202.

2. Осипова Г.С., Кожемяков А.П., Белоброва С.Н., Тхалаен Хадитха Ареф Рабеа. Обрабатывайте семена овощной фасоли биопрепаратами // Картофель и овощи. 2007, № 6. С. 23.

3. Кожемяков А.П., Белоброва С.Н., Орлова А.Г. Создание и анализ базы данных по эффективности микробных биопрепаратов комплексного действия // Сельскохозяйственная биология. 2011. №3. С. 112-П5.

Прочие основные публикации

1. Belobrova S.N., Kojemyakov А.Р. Inoculation of Galega orientalis with combination of microbes for improvement of plant nutrition and productivity. // Abstr. in Postgraduate Course "Applied and Fundamental Aspects of Responses, Signalling and Developmental Process in the Root-Microbe Systems". St.-Petersburg, June 25 - July 2, 2007. P.

2. Кожемяков А.П., Попов A.A., Белоброва C.H. Взаимодействие консорциумов микроорганизмов с растениями козлятника восточного и фасоли обыкновенной // Сб. трудов конференции СПбГАУ "Научное обеспечение развития АПК в условиях реформирования". Ч. 1. 2007. С. 18-21.

3. Белоброва С.Н., Лактионов Ю.В., Кожемяков А.П. Эффективность новых форм биопрепаратов комплексного действия на зернобобовых культурах // Научное обеспечение развития АПК в условиях реформирования. Сб.науч.тр. СПбГАУ. СПб, 2011. С. 143-146.

Работа была поддержана грантом РФФИ - офи № 06-04-08268 и выполнена с использованием оборудования Центра коллективного пользования "Геномные технологии и клеточная биология" ГНУ ВНИИСХМ ОЗ Россельхозакадемии (государственный контракт Министерства образования и науки № 16.552.11.7047).

Научное издание жго-печать ИННОВАЦИОННЫЙ ЦЕНТР ЗАЩИТЫ РАСТЕНИЙ Лицензия ПЛД N8 69-253 Подписано к печати 20 марта 2012 г , тир. 100 экз

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Белоброва, Светлана Николаевна, Санкт-Петербург

i 1 ¡^

61 12-6/543

ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО - ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ МИКРОБИОЛОГИИ РОССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ

ПРОДУКТИВНОСТЬ ФАСОЛИ ОБЫКНОВЕННОЙ (.PHASEOLUS VULGARISL.) ПРИ ОБРАБОТКЕ СЕМЯН МИКРОБНЫМИ ПРЕПАРАТАМИ

На правах рукописи

Белоброва Светлана Николаевна

06.01.01 - общее земледелие

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель: кандидат биологических наук А.П. Кожемяков

Санкт-Петербург - 2012

ВВЕДЕНИЕ......................................................................................4

1. РАСТИТЕЛЬНО-МИКРОБНЫЕ СИСТЕМЫ И ИХ ЗНАЧЕНИЕ

В ЗЕМЛЕДЕЛИИ (обзор литературы).....................................................8

1.1. Фасоль обыкновенная....................................................................9

1.1.1. Ботаническая характеристика и биологические особенности фасоли обыкновенной.................................................................................10

1.1.2. Значение фасоли в различных производственных отраслях..................12

1.1.3. Районы возделывания и площади посева фасоли в мире.....................13

1.2. Бобово-ризобиальный симбиоз.......................................................14

1.2.1. Механизмы взаимодействия в макро- и микро- симбионтов

в бобово-ризобиальном симбиозе.........................................................18

1.2.2. Эффективность применения клубеньковых бактерий на различных бобовых культурах............................... ............................................19

1.3. Ассоциативные ризобактерии.........................................................22

1.3.1. Механизм взаимодействия ассоциативных ризобактерий

с растениями....................................................................................23

1.3.2. Влияние ассоциативных ризобактерий на продуктивность

растений.........................................................................................27

1.4. Эндомикоризный симбиоз..............................................................31

1.4.1. Механизмы взаимодействия арбускулярной микоризы с растениями.....33

1.4.2. Значение арбускулярной микоризы для бобовых культур...................35

2. МЕСТО, УСЛОВИЯ, МЕТОДЫ И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ............40

2.1. Место и схема проведения опытов...................................................40

2.2. Метеорологические условия в годы постановки опытов.......................41

2.3. Агрохимическая характеристика почв..............................................45

2.4. Методы исследований..................................................................46

2.5. Характеристика сорта фасоли и микробных препаратов, изучаемых

в опытах.........................................................................................47

3. ПРОДУКТИВНОСТЬ ФАСОЛИ ОБЫКНОВЕННОЙ

В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ИНОКУЛЯЦИИ СЕМЯН ПРИ РАЗЛИЧНОМ СОЧЕТАНИИ МИКРОБНЫХ ПРЕПАРАТОВ (результаты исследований)......50

3.1. Рост и развитие растений фасоли обыкновенной..................................50

3.2. Фотосинтетическая продуктивность растений....................................66

3.3. Клубенькообразование, нитрогенназная активность и накопление азота в различных частях растений.................................................................80

3.4. Урожайность семян и выход белка с урожаем....................................96

4. АГРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОБРАБОТКИ СЕМЯН МИКРОБНЫМИ ПРЕПАРАТАМИ

ПРИ ВОЗДЕЛЫВАНИИ ФАСОЛИ ОБЫКНОВЕННОЙ...........................110

4. 1. Агроэнергетическая эффективность возделывания

фасоли обыкновенной......................................................................110

4.2. Экономическая эффективность возделывания

фасоли обыкновенной......................................................................П5

ВЫВОДЫ........................................................................................

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ...................................................120

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ..................................................................121

ПРИЛОЖЕНИЯ.................................................................................

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время проблема производства необходимого количества полноценного растительного белка в питании человека и кормлении сельскохозяйственных животных приобретает первостепенное значение. В рационе населения России дефицит пищевого белка составляет около 600 тысяч тонн и один из наиболее эффективных путей решения этой проблемы является увеличение производства пищевых белков из растительного сырья.

Решающая роль в сокращении дефицита растительного белка принадлежит бобовым культурам. Способность бобовых растений в симбиозе с клубеньковыми бактериями усваивать атмосферный азот обеспечивает им экологические преимущества в условиях дефицита азота и не требует внесения дорогостоящих и экологически не безопасных азотных удобрений. Применение при возделывании бобовых культурах препаратов на основе симбиотических азотфиксаторов повышает вклад бобовых культур, как накопителей азота не только в урожае, но и служит важнейшим фактором вовлечения в земледелие биологического азота, который после минерализации пожнивно-корневых остатков используется для урожая последующих культур севооборота (Завалин, Благовещенская, Кожемяков, 2007; Завалин, Алметов, 2009; Мишустин, Черепков, 1979).

Среди продовольственных зернобобовых культур фасоль обыкновенная {Phaseolus vulgaris) выделяется по питательности и многообразию использования на пищевые цели. В ее семенах содержится до 30% белка, до 3% жира, а в белке - все необходимые для человека аминокислоты, по питательности, приближающиеся к белкам животного происхождения (Акулов с соавт., 2010).

Актуальность темы. В последние годы ареал возделывания фасоли существенно расширился до центральной и северо-западной части России. Для ее выращивания в условиях Северо-Запада РФ необходима разработка адаптивной технологии возделывания. Одним из элементов технологии выращивания фасоли обыкновенной в новых агроклиматических условиях является обработка семян микробными биопрепаратами. Инокуляция семян фасоли ризоторфином,

на основе селекционных штаммов клубеньковых бактерий, хорошо известна. Его применение позволяет существенно повысить симбиотическую азотфикса-цию, снизить дозы минеральных удобрений и удешевить производство семян фасоли высокого качества (Самцевич с оавт., 1980; Андреева с соавт., 1990,1991; Ва-сильчиков, 2005; Туаева, 2006; Осин с соавт., 2011). Работы, связанные с изучением использования на фасоли других микробных препаратов и их сочетаний с ри-зоторфином, незначительны, данная тема актуальна, так как направлена на поиск новых возможностей экологизации земледелия.

Целью настоящей работы являлся поиск наиболее эффективного сочетания различных микробных препаратов, на основе микроорганизмов образующих различные типы симбиозов и анализ их влияния на показатели продуктивности растений фасоли обыкновенной в условиях Северо-Запада РФ.

Для выполнения поставленной цели были решены следующие задачи:

• установлено количество накопленного растениями азота, его содержание и доля в различных частях растений фасоли обыкновенной под влиянием изучаемых сочетаний микробных препаратов при инокуляции семян;

Практическая значимость результатов исследований состоит в том, что при возделывании фасоли обыкновенной сорта «Сакса без волокна 615» обосновано применение для инокуляции семян при посеве наиболее эффективного сочетания микробных препаратов (ризоторфин + микориза), позволяющее повысить урожайность семян по сравнению с контролем на 40% и содержание в них белка на 0,8% без применения минеральных и органических удобрений.

Основные положения, выносимые на защиту.

• пути увеличения клубенькообразующей активности и накопления азота в растениях фасоли за счет применения микробных препаратов;

Апробация работы и публикации. Материалы диссертации были представлены на международной школе молодых учёных "Прикладные и фундаментальные аспекты сигнальных процессов, развития и эффективности симбиозов микроорганизмов с корнями" (Санкт-Петербург, 2007); на конференции профессорско-преподавательского состава Санкт-Петербургского Государственного аграрного университета (Санкт-Петербург, 2007; 2011).

По результатам исследований опубликовано 6 работ, в том числе 3 - в журналах, рекомендованных ВАК.

Декларация личного участия автора. В основу диссертационной работы включены результаты вегетационных исследований за 4 года (2005...2006 и 2010...2011 гг.) и полевых за 2 года (2005...2006 гг.) исследований. Приведен-

ные в диссертации фактические данные, их анализ, статистическая обработка и обобщение выполнены лично автором.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 163 страницах печатного текста, состоит из введения, 4 глав, выводов, предложения производству, приложений, содержит 34 таблицы, 24 рисунка. Список использованной литературы включает 344 наименования, в том числе 169 на иностранных языках.

1. РАСТИТЕЛЬНО-МИКРОБНЫЕ СИСТЕМЫ И ИХ ЗНАЧЕНИЕ В ЗЕМЛЕДЕЛИИ (обзор литературы)

Эффективные растительно-микробные системы в настоящее время становятся одними из основных элементов адаптивно-ландшафтной системы земледелия. Такой подход направлен на производство сельскохозяйственной продукции с минимальным риском разрушения природных агроэкологических систем (Завалин и др., 2007; Методическое руководство..., 2008; Рекомендации по проектированию..., 2010).

Жизненный цикл растений осуществляется в тесном контакте с микроорганизмами, которые либо угнетают развитие хозяина (антагонизм или патогенез), либо стимулируют его (мутуализм). Мутуалистические симбиозы обычно подразделяются на трофические (они обеспечивают питание растений, в первую очередь азотное и фосфорное; Vance, 2001; Lum, Hirsch, 2003) и защитные (они обеспечивают устойчивость растений к фитопатогенным микробам или к животным фитофагам; Mertzler et al., 1997; Schardl et al., 2004). Эти симбиозы весьма разнообразны в таксономическом и морфофункциональном отношении: они включают внутриклеточные, внутритканевые (эндофитные) и ассоциативные (эпифитные) системы, которые образуются с участием представителей всех основных групп бактерий и грибов.

Бобовые сельскохозяйственные культуры способны формировать комплексную взаимовыгодную растительно-микробную систему (бобовое растение + грибы арбускулярной микоризы + клубеньковые бактерии + полезные ризо-сферные бактерии). В современной концепции адаптивного земледелия такие растительно-микробные системы являются ключевым компонентом технологий производства сельскохозяйственной продукции растениеводства, производящих ценные продукты питания для человека и животных, и положительного влияния на естественное плодородие почв.

Семейство растений Fabaceae (бобовые) подразделяется на три подсемейства, Mimosoideae, Caesalpinioideae и Papilionoidae, содержащие 674 рода (Gunn

et all., 1992) и 16000-19000 видов (Allen, Allen, 1980). Бобовые распространены

по всему миру и по экономическому значению занимают второе место после злаковых. Среди продовольственных бобовых культур по питательности и многообразию использования на пищевые цели выделяется фасоль обыкновенная

{Phaseolus vulgaris).

1.1. Фасоль обыкновенная

Фасоль (.Phaseolus vulgaris) - ценное пищевое зернобобовое растение, воз-делывается преимущественно как продовольственная культура. В ее семена содержится белка 17...32%, углеводов - 54,5%, жира - до 3%, клетчатки - 3,9%, зольных элементов - 3,6%. Высока энергетическая ценность фасоли как продукта питания. В 100 г семян содержится 309 ккал (1293 кДж). По энергетической ценности она превосходит говядину более чем в 2 раза, рыбу в 7 раз, значительно питательнее других продуктов. Белки фасоли легко растворяются в воде, поэтому легко усваиваются организмом, в зависимости от кулинарной обработки усвояемость белков фасоли организмом человека достигает 86...90%. В состав белков фасоли входит до 30 аминокислот, в том числе незаменимые -лизин, триптофан, метионин, треонин, валин, фенилаланин, лейцин, изолейцин. По составу зольных элементов фасоль превосходит большинство зернобобовых культур. Например, железа содержится 12,4 мг/100 г, фосфора - 541 мг/100 г, калия - 1100 мг/ 100 г, магния - 103 мг/100 г, кальция - 150 мг/100 г, это больше чем в мясе. Кроме того, это растение дает раннюю продукцию, богатую са-харами, витаминами В1, В2, В6, В12, РР, С, К, Е и каротином. В молодых бобах содержится от 8 до 15% сухого вещества, которое на треть состоит из азотистых веществ и на 50.. .56% из углеводов (Стаканов, 1986).

Фасоль принадлежит к роду Phaseolus L., который объединяет до 250 видов, распространённых преимущественно в тропическом поясе земного шара. В мировом земледелии известно около 20 культурных видов. В Российской Федерации возделывают фасоль обыкновенную - P. vulgaris L., реже фасоль многоцветковую - P. coccineus (syn. multiflorus Lam).

Фасоль обыкновенная - однолетнее травянистое растение. Корень стержневой с длинными боковыми ответвлениями, большая часть корней сосредоточенна в слое почвы 20...25 см. Стебель фасоли травянистый, слабодерявянею-щий у основания. По типу и роста и развития принято группировать на кустовые, у которых стебли заканчиваются цветоносами (детерминантные); вьющиеся, полувьющиеся (индетерминантные) с пазушным расположением цветочной кисти. Длина стебля у кустовых форм в среднем 30...60 см, у вьющихся она может достигать свыше 1,5 м. Первые листья - примордиальные, простые и продолговатые, яйцевидные или широкояйцевидные. Настоящие листья тройчатые. Средний листок от мелкого (4...9 см длины) до крупного (выше 20 см). Цветоносы расположены в пазухах настоящих листьев, у кустовых форм главный стебель кончается верхушечной кистью. В кисти от 2 до 12 цветков. Цветки средние и крупные - 14...27 мм, белой, светло-розовой и ярко-розовой окраски. Бобы 8.. .15 см длины, 0.9...1,5 см ширины. По форме: прямые или изогнутые, мечевидные, саблевидные, серповидные, плоские или округлые в поперечном сечении (Брежнева, 1982). Семена по форме бывают шаровидные, яйцевидные (эллиптические), продолговатые, почковидные (плоские) и переходные между ними. По величине различаются сорта с мелкими семенами (масса 1000 семян до 200 г), средними (200...400 г) и крупными (более 400 г) семенами. Поверхность их блестящая или матовая. Окраска разнообразная - от белой до черной, одноцветная или пестрая (Стаканов, 1986).

В онтогенезе фасоли обыкновенной выделяют 5 фенофаз (набухание и прорастание семян, появление всходов, цветение, образование зеленых бобов, созревание семян), охватывающих 12 этапов органогенеза, каждый из них по-разному относятся к факторам среды (Акулов с соавт., 2010).

Фасоль - теплолюбивое растение. Семена ее прорастают при 10°С, а всходы формируются лишь при 12...13°С, всходы не выдерживают продолжительного понижения температуры и погибают при -1 °С. Лучшая температура для роста и развития фасоли — 20...25 °С, но плоды успешно образуются и при 15 °С. Культура не отличается высокой жаростойкостью. Требовательна к свету, особенно в молодом возрасте. Фасоль обыкновенная - мезофит - плохо переносит избыточное увлажнение и дефицит влаги. Фасоль особенно нуждается во влаге при прорастании семян, а также в фазах цветения и завязывания плодов (Вавилов, Гриценко, Кузнецов и др., 1986). Оптимальная влажность почвы должна быть 65...70% предельной полевой всхожести (Акулов с соавт., 2010). Фасоль обыкновенная по-разному реагирует на интенсивность освещения и продолжительность дня. Различают сорта с короткодневным (для южных регионов), длиннодневным и нейтральным (в северных условиях, центральных зонах) периодом вегетации.

Вегетационный период составляет от 65 до 150 суток и зависит от сорта, индивидуальных свойств, погодных условий, широты местности. В северных районах период вегетации удлиняется, на юге - сокращается. На основании классификации рода Р/гшео/ш Ь. по созреванию семян выделяют шесть групп спелости: ультраскороспелые (< 65 дней), скороспелые (65...70 дней), средне-ранние (71...80 дней), среднеспелые (81...90 дней), поздне�

Информация о работе

Белоброва, Светлана Николаевна
кандидата сельскохозяйственных наук
Санкт-Петербург, 2012
ВАК 06.01.01

Диссертация

Продуктивность фасоли обыкновенной (Phaseolus vulgaris L.) при обработке семян микробными препаратами - тема диссертации по сельскому хозяйству, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы