Сетевое издание

Современные проблемы науки и образования

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

            Проблема биологической фиксации атмосферного азота – одна из важнейших в области сельскохозяйственной биологии.  Перспективы её решения тесным образом связаны с такими глобальными вопросами,  стоящими перед человечеством, как полноценное питание, экологический и энергетический кризис. Источником экологически чистого и экономически выгодного белка является белок бобовых растений, которые в симбиозе с клубеньковыми бактериями (ризобиями) активно фиксируют и накапливают азот в почве. Ризобии, являясь наиболее активными азотфиксаторами среди диазотрофов, вступают в сложные  метаболические взаимоотношения с макросимбионтом-растением.

            Продукция, полученная с участием симбиотически фиксированного азота, отличается высокими пищевыми и кормовыми качествами и является совершенно безвредной для человека и животных [8]. Использование в растениеводстве таких агротехнических приемов, как предпосевная обработка семян биопрепаратами и регуляторами роста с целью повышения урожайности бобовых культур может рассматриваться в связи с активностью процессов азотфиксации. Эффективность данного приема может быть связана с тем, что клубеньковые бактерии продуцируют ростостимулирующие соединения. Функции биологически активных веществ, как гормонов координаторов, обеспечивают растениям ростовую и метаболическую регуляцию, а при правильной агротехнике высокую эффективность бобово-ризобиального симбиоза [2].

            Поэтому целью настоящих исследований явилось изучение влияния биопрепаратов ризоторфина, альбита и регуляторов роста корневина и эпина-экстра на эффективность бобово-ризобиального симбиоза и продуктивность растений фасоли разных сортов.

Материал и методы исследований

            Полевые опыты проводили в ФГБНУ Всероссийский научно-исследовательский институт зернобобовых и крупяных культур (Орловская область). Почва – темно-серая лесная среднесуглинистая,   средней окультуренности, содержание гумуса по Тюрину – 5,4%, легкогидролизуемого азота по Коновой – 125 мг/кг почвы, подвижного фосфора – 195, обменного калия по Кирсанову – 179 мг/кг почвы; рН солевой вытяжки – 6,0,  гидролитическая кислотность – 4,6 мг·экв/100 г почвы. Повторность опытов – 4-кратная, расположение вариантов рендомизированное, площадь делянки -4-4,5м2.

            Объектами исследования были растения зерновой фасоли сортов Гелиада и Шоколадница селекции ФГБНУ ВНИИЗБК. Гелиада – сорт раннеспелый, детерминантного типа развития, стебель обычный, расположение боковых ветвей плотное, технологичный (пригоден для уборки прямым комбайнированием), характеризуется высокой завязываемостью бобов на растении и их озерненностью, а также низкой травмируемостью семян при обмолоте, высокоурожайный. Шоколадница – сорт среднеспелый, стебель детерминантный, устойчив к полеганию, характеризуется равномерным созреванием бобов на растении, компактным расположением  боковых ветвей к главному стеблю, высоким прикреплением нижних бобов, высокой продуктивностью, устойчивостью к основным заболеваниям фасоли. Семена замачивали в течение 3 ч в растворах альбита, корневина, эпина-экстра в концентрации 10-6М, затем подсушивали, перед посевом обрабатывали ризоторфином. Варианты опыта: Ι – контроль, без обработки, ΙΙ – обработка семян ризоторфином, ΙΙΙ – обработка семян альбитом, на фоне инокуляции ризоторфином, ΙV – обработка семян корневином, на фоне инокуляции ризоторфином, V – обработка семян эпином-экстра на фоне инокуляции ризоторфином. Ризоторфин (Rhizobium phaseoli, штамм 700) получен из ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии (Санкт-Петербург). Биопрепарат ризоторфин рекомендуется для предпосевной обработки семян бобовых растений. Применение ризоторфина обеспечивает высокую эффективность фиксации молекулярного азота симбиотической системой, увеличение содержания высококачественного белка в продукции, увеличение урожая бобовых на 10–40% [9]. Биопрепарат альбит разработан в Институте биохимии и физиологии микроорганизмов имени Г.К.Скрябина РАН (Пущино) совместно с научно-производственной фирмой ООО «Альбит» [1]. Биопрепарат альбит содержит очищенные действующие вещества из клеток бактерий Bacillus megaterium и Pseudomonas aureofaciens, которые в природных условиях обитают в ризосфере растений, стимулируют их рост и повышают устойчивость к болезням. Биопрепарат альбит обладает полифункциональным действием, проявляющимся в индукции роста растений и активизации микроорганизмов ризопланы и ризосферы растений [5].

            Корневин – регулятор роста, действующее вещество – 4-(индол-3-ил)-масляная кислота (ИМК), механизм действия которого связан с активацией Н+-АТФазы пазмалемммы, чья непосредственная функция – растяжение в процессе роста. Ауксины действуют на фоне усиления показателей энергетического обмена, связанных с процессами дыхания и окислительного фосфорилирования [3]. Препарат эпин-эстра  – синтетический аналог брассиностероидов, действующее вещество эпибрассинолид (ЭПБ). Фитогормон широкого диапазона действия,  вызывает широкий спектр клеточных ответов, включая рост растений, прорастание семян, фиксацию азота, повышение устойчивости к биотическим и абиотическим стрессам  [4, 10]. Препарат Эпин-экстра был приобретен в ВНИИА имени Д.Н.Прянишникова (г. Москва).

            В процессе вегетации проводили фенологические наблюдения за динамикой роста и развития растений, учитывали массу и количество клубеньков по методу Г.С. Посыпанова [7]. Активность нитрогеназы в клубеньках определяли на газовом хроматографе «Цвет-106» [6], содержание белка – методом Кьельдаля. Проводили учет урожая и анализ его  структуры. При статистической  обработке результатов  использовали программы Statistica for Microsoft Windows.

Результаты исследований и их обсуждение

            Сорт Гелиада. Обработка семян растений биопрепаратами и регуляторами роста увеличивала показатели роста, надземную массу, количество и массу клубеньков, активность нитрогеназы (табл.1).

Таблица 1

 Влияние биопрепаратов на рост и азотфиксирующую активность растений

 

 

Показатель	Вариант
	Ι	ΙΙ	ΙΙΙ	ΙV	V
Надземная масса, г/растение	14,8±1,01 12,7±1,02	15,9±1,03      13,2±1,07           15,9±1,01	20,1±1,03 14,2±1,01	15,4±3,96 17,6±4,24	18,2±4,30 9,9±3,10
Высота растений, см	30,1±1,01 29,7±1,02	33,5±0,50 30,5±1,50	39,5±0,35 26 ± 1,1	32,5±5,76 29,5±5,49	37,5±6,10 24,5±5,00
Масса корней с клубеньками, г/растение	1,70±1,50 1,97±0,8	1,92±1,40 2,03±2,02	1,86±1,3 2,20±1,2	1,85±1,37 1,89±1,39	1,90±1,40 1,70±1,30
Количество клубеньков, шт/растение	9±1,1 20±1,5	10±1,2 23±1,5	16±1,02 18±1,2	17±4,16 12±3,5	17±4,1 18±4,2
Масса клубеньков, мг/растение	39±1,2 85±1,5	41±1,4 90±2,5	65±2,1 31±2,2	69±8,45 36±6,06	78±8,9 43±6,6
Активность нитрогеназы, мкг N/растение/ч	4,75±0,02 4,48±0,05	5,10±0,02 7,7±0,05	14,2±0,03 2,52±0,05	12,6±0,03 4,48±0,05	20,1±0,20 6,3±0,30

Примечание: верхняя строка – сорт Гелиада, нижняя строка – сорт Шоколадница

            Наивысшие показатели азотфиксирующей активности растений отмечены при обработке биопрепаратом альбит и регуляторами роста корневином и особенно препаратом эпин-экстра на фоне инокуляции ризоторфином. Альбит, корневин и эпин-экстра также повышали содержание белка в листьях и семенах растений этого сорта (рис. 1). Возможно, положительное действие биопрепарата альбит связано с тем, что ризобактерии, входящие в состав препарата, в условиях полевого опыта усилили метаболизм клубеньковых бактерий, что способствовало повышению азотфиксирующей активности этих растений. Положительное действие регулятора роста корневина возможно связано с тем, что ИМК, как действующее вещество этого препарата, активизировала ИУК, которая всегда в небольших количествах синтезируется клубеньковыми бактериями, особенно в процессе внедрения ризобий в корневые волоски бобового растения при образовании клубеньков.

            Многие виды почвенных микроорганизмов, обитающих в зоне корня, способны синтезировать ИУК и в результате усилить действие регулятора роста корневина. Стимулирующее действие препарата эпин-экстра возможно связано с проявлением свойств этого регулятора роста, который особенно эффективен  в стрессовых условиях.

 

            Рис. 1. Содержание белка в листьях и семенах растений фасоли

            Анализ урожайных данных показал, что обработка биопрепаратами и регуляторами роста приводила к повышению урожая, по сравнению с контролем.  Наибольший урожай 2,35 т/га получен у сорта Гелиада при обработке эпином-экстра (рис. 2). Данный год по климатическим условиям характеризовался как избыточно увлажненный, и регулятор роста эпин-экстра проявил свое положительное действие в стрессовых условиях.

            Сорт Шоколадница. Анализ данных по влиянию биопрепаратов и регуляторов роста на показатели роста и азотфиксирующую активность показал, что в большей степени проявилось действие биопрепарата ризоторфин. Обработка семян растений ризоторфином приводила к увеличению показателей роста, надземной массы, массы корней с клубеньками, количеству и массы клубеньков и повышала активность нитрогеназы (табл. 1). Содержание белка в листьях и семенах растений этого сорта повышалось при обработке всеми используемыми биопрепаратами и регуляторами роста, по сравнению с контролем, но особенно при обработке ризоторфином (рис. 1). Эти данные коррелировали с результатами урожайных данных. Наибольший урожай 2, 6 т/га получен при обработке ризоторфином (рис.2).

Рис.2. Продуктивность  растений фасоли сортов Гелиада и Шоколадница,НСР05 для сорта Гелиада 1,7; для сорта Шоколадница 1,4

 

Заключение

1. Растения фасоли разных сортов проявили разную чувствительность к экзогенной        

обработке биопрепаратами и регуляторами роста. У растений фасоли сорта Гелиада в большей степени проявилось действие препарата эпин-экстра, а также корневина, альбита и ризоторфина. Обработка этими биопрепаратами и регуляторами роста приводила к увеличению показателей роста, содержанию белка в листьях и семенах,  нитрогеназной активности и урожайности этих растений.

       2. У растений фасоли сорта Шоколадница в большей степени проявилось действие биопрепарата ризоторфин и регулятора роста эпин-экстра. Обработка семян фасоли этими препаратами увеличивала показатели роста, нитрогеназную активность и урожайность растений.

       3.  Для каждого сорта растений фасоли стереотип реакции  на воздействие одного и того же вида возбудителя (Rhizobium) характеризуется устойчивостью, что подтверждает надежность взаимоотношений исследуемых систем. В условиях Орловской области перед посевом районированных сортов растений фасоли рекомендуется проводить обработку семян,  прежде всего ризоторфином, а также  эпином-экстра.

 

Рецензенты:

Маннапова Р.Т., д.б.н., профессор кафедры микробиологии и иммунологии (факультет почвоведения, агрохимии и экологии) ФГБОУ ВПО «Российский государственный аграрный университет – МСХА имени К.А. Тимирязева», г. Москва;

Белопухов С.Л.,  д.с.-х.н., профессор, заведующий кафедрой физической и органической химии ФГБОУ ВПО «Российский государственный аграрный университет – МСХА имени К.А.Тимирязева», г.Москва.