CC BY
45
УДК 633.31/37: 631.461
С.В. Дідович1, І.А. Мальцева2 ЕФЕКТИВНІСТЬ ЗАСТОСУВАННЯ АЛЬГОРІЗОБАКТЕРІАЛЬНОГО КОНСОРЦІУМУ ПРИ ВИРОЩУВАННІ БОБОВИХ РОСЛИН
1 Інститут сільського господарства Криму НААН України 2Мелітопольський державний педагогічний університет імені Богдана Хмельницького
Експериментально доведено можливість створення ефективного альгобактеріального консорціуму з високою нодулюючою здатністю бульбочкових бактерій. Передпосівна бактеризація насіння нуту таким поліфункціональним ціаноризобіальним комплексом забезпечила підвищення продуктивності рослин на 43,4% в умовах польового досліду. Це може стати основою біологічної технології вирощування бобових культур для отримання екологічно безпечної продукції.
Ключові слова: ціанобактерії, бульбочкові бактерії, консорціум, бобові культури, ефективність, продуктивність
С.В. Дидович1, И.А. Мальцева2 ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ АЛЬГОРИЗОБАКТЕРИАЛЬНОГО КОНСОРЦИУМА ПРИ ВЫРАЩИВАНИИ БОБОВЫХ РАСТЕНИЙ
Институт сельского хозяйства Крыма НААН Украины 2Мелитопольский государственный педагогический университет имени Богдана
Хмельницкого
Экспериментально доказана возможность создания эффективного альгобактериального консорциума с высокой нодулирующей способностью ризобиальных клеток. Предпосевная бактеризация семян нута таким полифункциональным цианоризобиальным комплексом обеспечила повышение продуктивности растений на 43,4% в условиях полевого опыта. Это может стать основой биологической технологии выращивания бобовых культур для получения экологически безопасной продукции.
Ключевые слова: цианобактерии, клубеньковые бактерии, консорциум, бобовые культуры, эффективность, продуктивнoсть
S.V. Didovych1, I.A. Maltseva2 ADVANTAGES OF APPLICATION OF ALGORIZOBACTERIAL CONSORTIA IN CULTIVATION OF LEGUME CROPS
institute of Agriculture of Crimea, National Academy of Agriculture Sciences of Ukraine 2Bogdan Chmelnitskiy Melitopol State Pedagogical University
Possibility of creation of effective algobacterial consortia with high noduk ability of rhizobial cells is experimentally proven. Pre-sowing bakterization treatment of chickpea seeds provided the increase of the productivity of plants such polyfunctional cyanorhizobial complex by 43,4% in the conditions of the field experiment. It may serve as a base for biological technology of growing chickpea for obtaining of ecologically safe production.
Key words: chyanobacteria, nodule bacteria, consortia, legume crops, efficiency, productivity
В останні роки в землеробстві поширюється використання мікробних препаратів для рістстимуляції, посилення азотфіксації, фосфатмобілізації в ризосфері рослин,
68 Біологічний вісник
ь
захисту від патогенів і шкідників (Bashan, 1998; Тихонович, Круглов, 2005; Волкогон та ін., 2011). Серед біопрепаратів, що використовують при вирощуванні бобових культур, провідна роль належить тим, які мають у складі ефективні селекційні штами специфічних бульбочкових бактерій для забезпечення азотного живлення рослин за рахунок біологічної азотфіксації з повітря, формування високих врожаїв без застосування мінеральних азотних добрив і поповнення азотного балансу ґрунту. Проте, оптимізація і потенціал активної бобово-ризобіальної взаємодії залежить від багатьох факторів, у тому числі і від інтродукції в ризосферу рослин мікроорганізмів різної функціональної дії.
У зв’язку з цим актуальним стає питання ефективності сумісного використання бульбочкових бактерій і мікроорганізмів різної функціональної дії в умовах сучасних технологій вирощування бобових культур. При цьому особливої уваги заслуговують дослідження з вивчення впливу на ефективність функціонування бобово-ризобіальної системи фототрофних мікроорганізмів - ціанобактерій, які складають постійну й активну частину ґрунтової біоти, пов’язані складними взаємодіями з усіма її компонентами, і беруть участь у різних процесах, що відбуваються в ґрунтах, а також пошуку можливості створення високопродуктивних рослинно-мікробних систем в агроценозах бобових рослин, що і стало метою даної роботи.
МАТЕРІАЛИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ
В дослідах були використані штами бактерій Bradyrhizobium japonicum М-8 і Mesorhizobium dceri 065 з колекції корисних мікроорганізмів відділу мікробіології Інституту сільського господарства Криму НААН; штам ціанобактерій Nostoc linckia 144 з колекції Мелітопольського державного педагогічного університету; сучасні сорти нуту Тріумф, Розанна і сорт сої Аннушка, селекції СГІ НЦНС НААН і НСНФ „Соєвий вєк .
Виділення мікроорганізмів - супутників ціанобактерії проводили загальноприйнятими мікробіологічними методами (Возняковская, Попова, 1995; Волкогон, 2010) і ідентифікували за визначником Бержі (Хоулт, Криг и др, 1997). Накопичувальну культуру ціанобактерій отримували в рідкому середовищі Громова №6. її загальну мікробну масу визначали за абсолютно сухою речовиною. Сумісне культивування ризобій і ціанобактерій проводили в експериментальному середовищі протягом трьох діб на качалці (220 об./хвилину) при температурі 280 С. Кількість бульбочкоутворювальних одиниць (БУОД) в 1 мл ціаноризобіального консорціуму (ЦРК) визначали методом Красільнікова-Кореняко (Толкачев, 1990).
У вегетаційних дослідах рослини вирощували в теплиці на безазотному субстраті
- вермикуліті (Доросінскій, 1981). Насіння перед висівом обробляли суспензією 5-7-добової культури ризобій і 3-добової культури штаму - супутнику ціанобактерії із розрахунку 107 бактерій/насінину. Щільність суспензії мікроорганізмів для дозування інокуляційного навантаження визначали на фотоелектроколориметрі (КФК-2).
В польових дослідах нут вирощували за сучасною зональною технологією (Бушулян, Січкар, 2009). До посіву насіння в контрольному варіанті обробляли біопрепаратом Ризобофіт на основі штаму Mesorhizobium dceri, у дослідному варіанті
- ЦРК, які застосовували у розведені з водопровідною водою 1:10.
Ефективність бактеризації насіння оцінювали за симбіотичними показниками, біометричними даними і продуктивністю рослин. Отримані результати аналізували з використанням програми Microsoft Excel.
РЕЗУЛЬТАТИ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ
При мікроскопіюванні ціанобактерії Nostoc linckia штаму 144 було встановлено наявність у культуральній масі різних мікроорганізмів, які певно знаходяться з нею в асоціативних відносинах. На різних селективних середовищах нами було виділено 12 і ідентифіковано 10 штамів мікроорганізмів асоційованих з ціанобактерією, серед яких штами Halococcus saccharaliticus NR, Halobacterium saccharovorum GAFb, Haloferax mediterranei МВ2, Microbacterium laevaniformans KAGK, Pseudomonas sp. ChPU-1, PK, V2, MB1, Nocardioides albus ЕАВ^ Bacillus sp. ChP, штамм GAFm і штам мікроміцету G-1.
В умовах безазотного субстрату виявлено позитивний вплив штаму ціанобактерії Nostoc linckia 144 і 8-ми (62%) штамів - асоціантів водорості в ризосфері сої та 10-ти (77%) штамів в ризосфері нуту на ефективність симбіотичної азотфіксації штамів Bradyrhizobium japonicum М8 і Mesorhizobium dceri 065 відповідно. Кількість бульбочок збільшувалася на 10-11 од./рослину (39-41%), кількість бобів на рослині - в 2,5 рази, суха надземна маса - на 1,2-1,5 г/рослину (28,6-35,7%) порівняно до монообробки ризобіями.
В умовах вегетаційного досліду на чорноземі південному спостерігали аналогічний вплив водорості і виділених штамів асоціативних з ностоком на бульбочкоутворення і симбіотичну азотфіксацію нуту. Максимальну ефективність виявлено при застосуванні штаму Microbacterium laevaniformans KAGK з ризобіями, у цьому варіанті спостерігали підвищення сухої наземної маси рослин на 0,82 г/рослину (21,1%) порівняно до моно обробки.
В умовах лабораторного досліду було показано, що введення ризобіального партнера в ціанобактеріальний консорціум і їх сумісне культивування в експериментальному середовищі може забезпечувати високу нодулюючу здатність клітин бульбочкових бактерій. Обробка насіння ЦРК дозволила суттєво підвищити, практично на два-три порядки, кількість бульбочок на коренях нуту (до 9,7х105 БУОД/мл консорціуму) у порівнянні з монообробкою ризобіями (табл. 1).
У наших наступних дослідах було виявлено, що клітини Mesorhizobium dceri зберігають життєздатність і нодулюючу активність у ЦРК 12 місяців при зберіганні, що має важливе значення для практичного застосування.
Ефективність застосування ЦРК для передпосівної обробки насіння нуту була досліджена в польових умовах на чорноземі південному на фоні ґрунтової популяції нутових ризобій щільністю 102 БУОД/г ґрунту. Як свідчать експериментальні дані таблиці 2, при вирощуванні нуту спостерігали в усіх варіантах досліду утворення азотфіксувальних бульбочок на коренях в кількості 2,3 одиниць/рослину, але біомаса бульбочок у варіанті з обробкою ЦРК була в 1,9 рази більшою і складала 917 мг/рослину, їх азотфіксувальна активність була вищою у 9,4 рази, що відбилося на урожайності рослин, яка збільшилася на 0,69 т (43,4%).
Таблиця 1
Нодулуюча здатність клітин Mesorhizobium dceri за умов культивування з ціанобактеріальним консорціумом Nostoc linckia 144
Варіант досліду Nostoc linckia 144 (N) M. dceri 065 (R) рН середовищ БУОД*/мл
вихідна біомаса, вихідний титр, Вихідне, іез мікро- після культиву- після культиву- після культиву-
70
Біологічний вісник
&
=fe
мг(а.с.р.)/мл млн. КУО/мл організ- мів вання з N вання з R вання з N+R
R - 14,1±0,52 7,2 - 7,4 - 3,5х104
Агаризовані поживні середовища
R-6/2a - 12,1±0,52 7,3 - 5,6 - 2,0х103
N+R-6/2a 0,021±0,0001 11,2±0,52 7,0 7,8 - 7,0 4,4х105
R-6/4a - 13,0±0,52 7,3 - 5,3 - 3,0х103
N+R-6/4a 0,019±0,0001 11,0±0,52 7,0 7,8 - 7,0 9,7х105
R-6/Юа - 15,2±0,52 7,1 - 5,5 - 3,5х103
N+R- 6/10a 0,018±0,0001 12,8±0,52 7,0 7,6 - 7,0 9,5х105
Рідкі поживні середовища
R-6/2b - 17,4±0,52 7,3 - 5,8 - 2,5х103
N+R-6/2b 0,019±0,0001 12,8±0,52 7,0 8,5 - 7,4 4,0х105
R-6/4b - 14,5±0,52 7,3 - 5,5 - 3,5х104
N+R-6/4b 0,020±0,0001 10,7±0,52 7,0 8,5 - 7,5 1,5х105
R-6/10b - 12,2±0,52 7,0 - 5,5 - 2,5х104
N+R- 6/10b 0,017±0,0001 14,0±0,52 7,3 6,9 - 7,5 9,5х103
Примітки: а.с.р. - абсолютно-суха речовина; - визначено за таблицею Мак-Креді, не визначалося.
Таблиця 2
Ефективність симбіозу Mesorhizobium сiceri з рослинами нуту при бактеризації насіння ЦРК (польовий дослід, чорнозем південний, ВП НУБіП „Кримський агропромисловий коледж”, 2011р.)
Варіант досліду Кількість Маса НА, мкМоль Урожайність
бульбочок, бульбочок, етилену за насіння, т/га
од/рослину мг/рослину годину на
рослину
фаза цвітіння рослин
Ризобофіт 2,3 490 5,1 1,59
ЦРК 2,3 917 48,0 2,28
НІР05 1,01 363,0 37,26 0,340
Примітка. НА - нітрогеназна активність бульбочок.
ВИСНОВКИ
1. Виділено в чисту культуру 12 штамів мікроорганізмів асоційованих з штамом ціанобактерії Nostoc linckia 144, визначені їх морфолого-культуральні, фізіолого-біохімічні властивості.
2. Виявлено, що на безазотному субстраті 62 і 77% штамів-супутників ціанобактерії і сама водорість позитивно впливають на бульбочкоутворення сої і нуту та збільшують суху надземну масу рослин на 28,6-35,7%, а на чорноземі південному сумісна бактеризація штамів Microbacterium laevaniformans KAGK і Mesorhizobium dceri підвищила суху наземну масу рослин на 0,82 г/рослину (21,1%) у порівнянні з монообробкою.
Й*
3. Створено ефективний альгобактеріальний консорціум з високою нодулюючою активністю клітин Mesorhizobium dceri, кількість яких складала 9,7х105 БУОД/мл препаративної форми, що на два порядки вище у порівнянні з монокультурою ризобій.
4. Експериментально доведено перспективність застосування ціанобактерій у комплексі з бульбочковими бактеріями в агробіотехнології і показано високу ефективність передпосівної бактеризації насіння ціаноризобіальним консорціумом на нуті, що забезпечило підвищення продуктивності рослин на 43,4%.
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
Биопрепараты в сельском хозяйстве (Методология и практика применения микроорганизмов в растениеводстве и кормопроизводстве) (2005). (Ред. И. А. Тихонович, Ю. В. Круглова). Москва.
Бушулян, О. В., & Січкар, В.І. (2009). Нут: генетика, селекція, насінництво, технологія вирощування. Одеса.
Возняковская, Ю. М., & Попова, Ж.П. (1995). Методические указания по
идентификации неспоровых бактерий, доминирующих в ризосфере растений. Л. Експериментальна ґрунтова мікробіологія. (2010). (Ред. В. В. Волкогон). Київ: Аграрна наука.
Волкогон, В. В., Заришняк, А. С., & Гриник, І.В. (2011). Методологія і практика використання мікробних препаратів у технологіях вирощування сільськогосподарських культур. Київ: Аграрна наука.
Методы исследований клубеньковых бактерий. (1981). Методические рекомендации для курсов повышения квалификации научных сотрудников по сельскохозяйственной микробиологии. (Ред. Л. М. Доросинский). Л. Определитель бактерий Бержи в 2-х т. (1997). (Перевод Г. Заварзина, ред. Дж. Хоулт, Н. Криг). Том 1. Москва: Мир.
Определитель бактерий Бержи в 2-х т. (1997). (Перевод Г. Заварзина, ред. Дж. Хоулт, Н. Криг). Том 2. Москва: Мир
72 Біологічний вісник
Толкачёв, Н. З. (1990). Метод определения количества клубеньковых бактерий сои в почв. Труды ВНИИСХМ, 37-43.
Bashan, Yoav. (1998). Inoculants of plant growth-promoting bacteria for use in agriculture. Biotechnology Advances, 16(4), 729-770.
REFERENCES
Biopreparations in agricultures (Methodology and practice of the using microorganism in plant growing andfeedproduction). (2005). (Editors I. A. Tihonovich, Yu. V.
Kruglov). Moscow.
Bushulyan, O. V., & Sichkar, V. I. (2009). Chickpea: genetics, selection, seed-growing, technology of growing. Odesa.
Voznyakovskaya, Yu. M., & Popova, Zh. P.(1995). Methodical instructions on identification of nonsporen bacteria dominant in rhizosphere of plants. L.
Experimental ground microbiology. (2010). (Editor V. V. Volkogon). Kyiv: Agrarian science.
Volkogon, V. V., Zarishnyak, A. S., & Grynyk, I. V. (2011). Methodology and practice of the use of microbal preparations in technologies of growing of agricultural crops. Kyiv: Agrarian science.
Methods of researches of rhizobiums. Methodical recommendations for the extension course scientific employee on agricultural microbiology. (1981). (Editor L. M. Dorosinskiy). L.
Bergey's Manual of Determinative Bacteriology. (1997). (Trans .G. Zavarzin, editors John G Holt, N. Krieg). Vol. 1. Moscow: World.
Bergey's Manual of Determinative Bacteriology. (1997). (Trans .G. Zavarzin, editors John G Holt, N. Krieg). Vol. 2. Moscow: World.
■fe
Tolkachev, N. Z. (1990). Method of determining the quantity of soy-bean rhizobiums in soil.
Proceedings of ARRIAM, 37-43.
Bashan, Y. (1998). Inoculants of plant growth-promoting bacteria for use in agriculture.
Biotechnology Advances, 16(4), 729-770.
