CC BY
1266
УДК 631.461.5:631.874.4
П. Н. Фатина Астраханский государственный технический университет
ПРИМЕНЕНИЕ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ПРЕПАРАТОВ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ
В современных условиях развития сельского хозяйства особую актуальность приобретает использование не только традиционных химических удобрений, но и микробиологических препаратов.
Микробиологические препараты известны довольно давно, однако их эффективность недостаточна для того, чтобы заменить ими химические удобрения. Классическими микробиологическими удобрениями являются азотобактерин и автохтонная микрофлора Б (АМБ).
Азотобактерин (азотоген) - представляет собой культуру свободноживущего азотфик-сирующего аэробного микроорганизма из рода Azotobacter. Внесение этого препарата в почву вместе с высеваемыми семенами усиливает развитие азотобактера в зоне корня (ризосфере), что способствует улучшению роста посева. Препарат способен продуцировать биологически активные вещества (витамины и стимуляторы роста), а также вырабатывает фунгистатическое вещество, угнетающее развитие микроскопических грибов, которые задерживают рост растений. Установлено, однако, что для полевых культур азотобактерин малоэффективен. Это связано с тем, что азотобактер может развиваться лишь в хорошо окультуренных почвах и погибает в недостаточно плодородных.
Автохтонная микрофлора Б содержит группу почвенных бациллярных микроорганизмов, вызывающих минерализацию почвенного перегноя с образованием веществ, доступных для питания растений. Препарат был предложен Н. М. Лазаревым для активации биодинамики окультуриваемых почв северной зоны. При компостировании торфа в нем развивается весьма разнообразный микробный ценоз, в состав которого входят аммонификаторы, целлюлозоразрушающие, автохтонные микроорганизмы и др. В связи со сложностью изготовления использование препарата ограничено [1, 2].
В настоящее время разработаны новые подходы к применению микробных препаратов, в основе которых лежит стимуляция микробно-растительных взаимодействий. Этот процесс был изучен в ассоциациях бобовых растений с клубеньковыми бактериями, которые относятся к азотфиксирующим микроорганизмам.
В зависимости от взаимоотношений с растениями азотфиксирующие микроорганизмы можно разделить на свободноживущие в почве, клубеньковые (симбиотические азотфиксаторы) и ассоциативные, среди которых различают ризосферные (корневые) и филлосферные (листовые), не образующие выраженных морфологических структур. Клубеньковые бактерии - гра-мотрицательные аэробные подвижные палочки. Чистая культура клубеньковых бактерий была выделена М. Бейеринком в 1888 г. Типовой вид - Rizobium leguminosarum. По специфичности взаимоотношений с растением-хозяином, а также по некоторым другим признакам различают ряд других видов (R. galegae, R. loti, R. meliloti и др.) [3, 4]. Их характерной особенностью является способность проникать в корневые волоски бобовых растений семейства Leguminosae, что вызывает образование корневых клубеньков, внутри которых эти бактерии присутствуют как внутриклеточные симбионты. В корневых волосках бактерии образуют бактероиды - специфические формы бактерий рода Rizobium, окруженные мембранами растительного происхождения. Живущие в почве бактерии рода Rizobium прикрепляются к корневым волоскам растения-хозяина, вызывают их деформацию, скручивание и формирования инфекционной нити [2].
При симбиозе с растением клубеньковые бактерии усваивают атмосферный азот и переводят его в соединения, доступные растению. Свою нужду в пище и энергетическом материале они покрывают за счет веществ, образующихся в результате фотосинтеза в растении, а также за счет других веществ корня. Ассимилированный же бактериями азот в значительных количествах передается растению. После запашки пласта, занятого посевом бобовых или травосмесью, в которой они являются составной частью, почвенный слой обогащается легкоминерализуемы-ми соединениями азота. Полезные последствия выращивания бобовых растений отмечаются в течение нескольких лет [2, 5].
Клубеньковые бактерии обладают избирательностью по отношению к растению-хозяину. Из 16 групп клубеньковых бактерий выделяют основные группы (по растениям-хозяевам), характерные для аридных почв Астраханской области: гороха, вики, чины, люцерны, донника, фасоли и солодки. Бактерии этих растений отличаются друг от друга и рядом морфологических, культуральных и физиолого-биохимических признаков.
Расположение клубеньковых бактерий на корнях различных бобовых растений неодинаково. У одних клубеньки образуются в виде небольших вздутий на различных разветвлениях корней и на корневых мочках; у других они имеют вид крупных бородавчатых наростов на главном корне. Форма и размер клубеньков у разных видов бобовых растений также различна: у клевера они продолговатые и очень мелкие, у гороха и вики - округлые и крупнее, у сои и фасоли их диаметр равен примерно 1 см, а на корнях нута эти разрастания имеют многочисленные выросты и толщину в несколько сантиметров [1, 6].
В случае ассоциативного симбиоза на корнях растений не создается новых видимых структур, однако на поверхности корней в строго определенных местах формируются колонии ризосферных бактерий, которые способны обеспечить для растений целый ряд полезных функций. Среди них:
— ассоциативная азотфиксация в размере до 50 кг азота на гектар в год;
— выработка растительных гормонов, которые позволяют ускорить рост корневой системы и тем самым обеспечить растению успех в захвате необходимой площади питания, а также регулировать развитие растений;
— оптимизация усвоения фосфорных труднодоступных соединений;
— индукция системной реакции по защите от фитопатогенов;
— ограничение (биоконтроль) роста фитопатогенов на корнях растений с помощью таких механизмов, как выделение антибиотических соединений, растворение гифпатогенных грибов, конкуренция за места заселения на корнях, перехват питательных веществ, необходимых для развития водорослей и др.;
— подавление у растения стрессовых реакций;
— регулирование поступления в растения загрязнителей окружающей среды [7].
В последнее время для создания микробиологических препаратов на базе ассоциативных бактерий используются штаммы, которые способны к активному заселению корней, что создает условия для искусственного обогащения ризосферы небобовых растений (производственные культуры, такие как рис, пшеница, многолетние злаковые травы и др.) отобранными штаммами бактерий, способных к активному связыванию молекулярного азота. Наиболее доступным способом повышения уровня азотфиксации является внесение активных штаммов бактерий в ризосферу растений, что может достигаться путем прямой инокуляции семян или корней [8].
Всероссийским научно-исследовательским институтом сельскохозяйственной микробиологии Российской сельскохозяйственной академии разработан ряд биопрепаратов на основе штаммов ризосферных микроорганизмов. В качестве субстрата для приготовления биопрепаратов применяется размолотый торф. Препарат имеет вид увлажненной сыпучей массы темного цвета без запаха, нерастворимой в воде. Влажность торфа при приготовлении препарата равна 45-55 %, к концу срока хранения допускается снижение содержания влаги до 40 %.
Ризоторфин - предназначен для обработки семян бобовых культур. Действующее начало -клубеньковые бактерии р. Я12оЬтт, образующие на корнях растений клубеньки, где происходит процесс фиксации молекулярного азота из воздуха. Вследствие этого бобовые растения, инокули-рованные клубеньковыми бактериями, как правило, не нуждаются в азотных удобрениях. Агрономическая эффективность ризоторфина для бобовых культур составляет в среднем 10-30 %, дополнительный сбор белка - 2 ц/га.
Агрофил - создан на основе штамма, относящегося к роду AgroЬacterium (А. гаЛоЬа^ег, штамм 10). Представляет собой порошковидный торфяной субстрат, обогащенный углеводами, витаминами, микроэлементами, инокулированный бактериями. Препарат находит широкое применение при выращивании овощей в условиях открытого и закрытого грунта. Повышает устойчивость к инфекционным заболеваниям и увеличивает урожайность, а также благоприятно влияет на корневую систему, улучшает всхожесть семян.
Флавобактерин - создан на основе штамма, относящегося к роду ПауоЬа^епит sp. (штамм Л 30). Представляет собой порошковидный торфяной субстрат, обогащенный питательными веществами. Положительное действие препарата определяет способность бактерий фиксировать
молекулярный азот, стимулировать рост, продуцировать фитогормоны, улучшать минеральное питание, водный обмен и активизировать другие физиологические процессы растений. Препарат обладает сильным защитным действием против болезней растений.
Мизорин - создан на основе штамма, относящегося к роду Artrobacter (A. mysorens, штамм 7). Представляет собой порошковидный торфяной субстрат, обогащенный питательными веществами. Обработка препаратом увеличивает всхожесть семян, стимулирует рост и повышает устойчивость растений к корневым гнилям и другим болезням. Мизорин выгодно отличается от остальных биопрепаратов определенной устойчивостью к недостатку влаги в почве. Повышает эффект ризоторфина на некоторых бобовых, стимулируя развитие симбиотического аппарата. Повышает содержание витамина С.
Экстрасол - создан на основе штаммов рода Pseudomonas. Эффективен при выращивании многих сельскохозяйственных культур. В 1 г торфяного препарата содержится не менее 6 млрд бактериальных клеток, в жидком - не менее 10 млрд в 1 мл. Препарат используется для повседневной обработки семян и клубней, для пролива почвы до и после высадки рассады, а также для внекорневой подкормки растений. Препарат способствует большему поступлению элементов минерального питания в растения, синтезирует ростовые и другие биологически активные вещества и образует соединения, снижающие активность фитопатогенных микроорганизмов.
Псевдобактерин-2 - жидкий биопрепарат защитного и стимулирующего действия на основе штамма Pseudomonas sp. BS 1393. Эффект защитного действия основан на способности данного штамма синтезировать ряд антибиотиков феназинового типа, подавляющих рост фитопатогенных грибов, а также способных продуцировать сидерофоры, связывающие железо и делающие его доступным для почвенных патогенов. Отмечена биологическая продуктивность против корневых гнилей, мучнистой росы, фитофтороза, парши, ризоктониоза, гельминтоспо-риоза, фузариоза, слизистого и сосудистого бактериоза, способствует прибавке урожая. Псевдобактерин-2 совместим с хитозаном, что дает возможность объединить технологии их применения и отказаться от паровой и химической стерилизации грунта.
Ризоаргин - создан на основе штамма, относящегося к роду Agrobacterium (A. radiobacter, штамм 204). Штамм хорошо приживается в ризосфере пшеницы, риса, ряда кормовых злаков и других сельскохозяйственных растений. Использование препарата позволяет получить больший урожай, увеличивает в зерне содержание протеина.
Биоплант-К - создан на основе Klebsiella planticola. Представляет собой торфяную массу, в 1 г препарата содержится не менее 4-10 млрд бактерий, влажность составляет 55-60 %. Предусмотрен выпуск препарата в жидкой форме. Препарат предназначен для повышения урожайности зерновых и овощных культур, а также некоторых кормовых трав. Бактерии препарата способны фиксировать атмосферный азот, синтезировать витамины и ростовые вещества.
Таким образом, инокуляция семян биопрепаратами комплексного действия положительно влияет на всхожесть, которая проявляется в зависимости от погодных условий, сопутствующих началу вегетации культуры. Биопрепараты оказывают положительное влияние на накопление биомассы растений в период вегетации. Эффективность инокуляции зависит от сортовых особенностей сельскохозяйственных культур, вносимых минеральных удобрений, уровня плодородия почвы, погодных условий и вида штаммов, входящих в состав препарата [9].
К самым современным препаратам относятся микробиологические препараты группы экстрасол, разработанные Всероссийским НИИ сельскохозяйственной микробиологии ООО «Би-солби-Интер» на основе Bacillus subtilis:
БисолбиСан - биофунгицид. Препарат подавляет развитие таких болезней растений, как фитофтороз, фузариоз, гельминтоспориоз, мучнистая роса, церкоспороз, пероноспороз, черная ножка, корневые гнили и др.
БисолбиФит - микробиологическое удобрение для увеличения урожайности сельскохозяйственных культур. Улучшает питание растений, синтезирует ростостимулирующие вещества и витамины, фиксирует молекулярный азот и снабжает им растения, обладает антистрессовым действием.
БисолбиМикс - комплексное микробиологическое удобрение, содержащее грибы арбуску-лярной микоризы, ризобактерии, клубеньковые бактерии, улучшающие минеральное питание растений, фиксирующие азот атмосферы и блокирующие развитие фитопатогенных микроорганизмов. Выпускается в виде пудры и гранул. Применяется для внесения в почву и ризосферу растений с целью обогащения комплексом полезной микрофлоры.
БисолбиРиз - микробиологический препарат на основе клубеньковых бактерий. Применяется для обработки семян бобовых культур. Различные модификации данного препарата предназначены для разных бобовых культур.
БисолбиИнсект - микробиологический препарат, предназначенный для борьбы с насеко-мыми-вредителями.
Биоминеральные удобрения - представлены гранулами различных минеральных удобрений, которые опудриваются сухой формой препарата БисолбиСан. Минеральные удобрения, биологизированные таким образом, на 20-30 % лучше усваиваются растениями, а бактерии -продуценты препарата БисолбиСан не позволяют фитопатогенной микрофлоре использовать минеральное питание для собственного развития.
Использование сверхсовременных препаратов, созданных «Бисолби-Интер», обеспечивает разносторонний комплексный подход к получению качественного и хорошего урожая, если заранее позаботиться о подготовке почвы путем применения различных препаратов в комплексе. Использование этих биологизированных удобрений позволяет также снизить норму их внесения на 30-40 % без снижения урожайности сельскохозяйственных культур. В связи с внесением в почву целого ряда разноплановых препаратов, созданных «Бисолби-Интер», крайне важно учитывать, что внесение такого комплекса способствует снижению закисления почвы.
Существует мнение, что в аридной зоне симбиоз между растениями и клубеньковыми бактериями встречается крайне редко. Изучение этого явления актуально и важно не только для доказательства существования симбиоза в аридной зоне, но и для изучения видового состава микроорганизмов, т. к. на этой основе могут быть разработаны новые микробиологические препараты, повышающие продуктивность данных почв.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Мишустин Е. Н., Емцев В. Т. Микробиология. - М.: Агропромиздат, 1987. - 368 с.
2. Практикум по микробиологии: Учеб. пособие для студ. вузов / Под ред. А. И. Нетрусова. - М.: Изд.
центр «Академия», 2005. - 608 с.
3. Определитель бактерий Берджи: В 2 т. - Т. 1. - М.: Мир, 1997. - 432 с.
4. Шлегель Г. Общая микробиология / Под ред. и с предисл. д-ра биол. наук Е. Л. Рубан. - М.: Мир, 1972. - 476 с.
5. Гусев М. В., Минеева Л. А. Микробиология: Учеб. - М.: Изд-во МГУ, 1992. - 448 с.
6. Теппер Е. З., Шильникова В. К., Переверзева К. И. Практикум по микробиологии. - М.: Колос, 1994. - 256 с.
7. Биопрепараты в сельском хозяйстве. (Методология и практика применения микроорганизмов в растениеводстве и кормопроизводстве). - М., 2005. - 154 с.
8. Молекулярные основы взаимоотношений ассоциативных микроорганизмов с растениями / Отв. ред. В. В. Игнатов. - М.: Наука, 2005. - 262 с.
9. Завалин А. А. Биопрепараты, удобрения и урожай. - М.: Изд-во ВНИИА, 2005. - 302 с.
Статья поступила в редакцию 17.07.2006
THE APPLICATION OF MICROBIOLOGICAL MEDICATIONS IN AGRICULTURE
P. N. Fatina
Microbiological medications have been known for a long time, but they are not efficient enough to replace chemical fertilizers. Nowadays some new approaches have been developed to apply microbial medications based on the stimulation of microbial-vegetative interactions. A special attention is paid to nodulating bacteria having host-related selectivity. Atmospheric nitrogen enrichment of soil is important in arid zones, because the symbiosis between nodulating bacteria and plants is very uncommon. The examination of this phenomenon is important not only to prove the existing symbiosis, but also to study the species composition, as this enables the development of biomedications, which increase the productivity of these soils.
