CC BY
69
ЛИТЕРАТУРА
1. Панников Н.С., Минеев В.Г. Почва, климат, удобрение, урожай. М.: Колос, 1977. 416 с.
2. Осипов А.И., Соколов О.А. Роль азота в плодородии почв и питании растений. СПб.: Изд-во ВИЗР, 2001. 360 с.
3. Назарюк В.М. Эколого-агрохимические и генетические проблемы регулируемых агроэкосистем. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2004. 240 с.
4. Мишустин Е.И. Микроорганизмы и продуктивность земледелия. М.: Наука, 1972. 343 с.
5. Назарюк В.М. Баланс и трансформация азота в агроэкосистемах. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2002. 257 с.
fliura.kalimullina@yandex.ru
УДК 546.817:631.847.2
Валерий Шабаев,
доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник, Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения Российской академии наук, г. Пущино
устойчивость растении ячменя к токсическому действию свинца
при инокуляции ростстимулирующей ризосферной бактерией *
Влияние стимулирующей рост растений ризосферной бактерии на растения ячменя исследовано в серии вегетационных опытов на серой лесной почве, искусственно загрязненной водорастворимым соединением свинца. Бактериальная инокуляция уменьшила концентрацию свинца в зеленой массе растений до фазы колошения в результате временного секвестирования металла в ризосферной почве в первой половине вегетационного периода в составе относительно стабильных соединений, экстрагируемых ацетатом аммония. Применение бактерии устранило токсичность свинца и повысило массу растений, в том числе зерна до уровня как на незагрязненной почве. S u m m a r y
Effect of plant growth-promoting rhizobacterium on barley plants was examined in a series of pot experiments on gray forest soil artificially contaminated with water-soluble Pb compound. Bacterial inoculation reduced Pb concentration in shoots up to heading stage as the result of temporary metal sequestration in the rhizosphere soil in the first half of the growing season in the composition a relatively stable compounds, extractable by CH3OONH4. Application of bacterium eliminated Pb toxicity and elevated plant weight including grain up to the level as on uncontaminated soil.
Ключевые слова: ячмень, свинец, серая лесная почва, P. fluorescens 21, CH3COONH. Keywords: barley, lead, gray forest soil, P. fluorescens 21, CH3COONH4.
Свинец является токсичным и опасным загрязнителем биосферы. Источники загрязнения свинцом - выбросы промышленных предприятий, автомобильный транспорт, коммунальные и бытовые отходы и минеральные, главным образом фосфорные, удобрения. Попадая на земную поверхность, свинец оказывает негативное воздействие на экосистемы. При высокой концентрации в почве свинец угнетает рост и развитие растений и приводит к потере продуктивности сельскохозяйственных культур. Попадание этого тяжелого металла в организм человека по трофическим цепям сопровождается расстройством нервной системы, повышенное его поступление вызывает отравление. Почвы являются естественным барьером на пути миграции свинца в растения и грунтовые воды и обладают высокой способностью закреплять этот элемент, уменьшая, тем самым, его подвижность и биодоступность [1]. Последние десятилетия в качестве одной из ремедиационных стратегий рассматривается возможность использования микробно-раститель-ных ассоциаций [2]. В настоящее время наблюдается
возрастающий интерес к отбору и изучению микроорганизмов, в частности ростстимулирующих ризос-ферных бактерий, способных существенно влиять на устойчивость культурных растений к тяжелым металлам [2, 3].
Методика исследований. Растения ячменя сорта Московский выращивали на серой лесной почве юга Московской области в вегетационных сосудах при искусственном загрязнении азотнокислым свинцом в дозе 200 мг Pb/кг почвы на фоне внесения NPK-удобрений из расчета по 80-100 мг действующего вещества на 1 кг почвы. Все варианты как с загрязнением, так и без загрязнения свинцом выравнивали по количеству внесенного азота. Семена при посеве инокулировали стимулирующей рост различных культурных растений ризосферной бактерией Pseudomonas fluorescens штамм 21 [4]. Вегетативную массу (листья + стебли), солому и зерно высушивали и анализировали на содержание Pb после мокрого озоления растительного материала в смеси концентрированных кислот HNO3 и HClO4
* Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ № 12-04-01205-а.
Устойчивость растений ячменя к токсическому действию свинца при инокуляции ростстимулирующей ризосферной бактерией
(2:1). После срезания растений определяли содержание Pb в почве в вытяжке 1 н ацетатно-аммоний-ного буферного раствора с рН 4,8 и рН почвенной суспензии в вытяжке 1 н KCl [5]. Содержание Pb определяли на спектрометре ISP OES Optima 5900 DV (Perkin Elmer, USA), pH - на рН-метре «pH 211» (HANNA instruments, Germany).
Результаты исследований и обсуждение. При инокуляции бактерией установлено значительное снижение поступления свинца в зеленую массу ячменя в первой половине вегетационного периода (табл. 1). В наибольшей степени этот процесс был выражен в фазе колошения в опыте 2. На фоне вызванного загрязнением почвы увеличения содержания свинца в вегетативной массе неинокулированных растений в фазе колошения от следовых значений до 7 мг/кг сухой массы внесение бактерии понизило этот по-
казатель в 7 раз. В опытах 4 и 5 в зерне, независимо от инокуляции, обнаружено невысокое содержание тяжелого металла в отличие от зеленых листьев и стеблей и соломы. При этом под влиянием инокуляции не зафиксировано достоверных изменений в содержании металла как в зерне, так и в соломе. Снижение поступления свинца в растения в начальные периоды онтогенеза при внесении бактерии оказало положительное влияние на рост ячменя. Это проявлялось в увеличении в фазе колошения вегетативной массы растений в виде тенденции в опыте 2 и в 1,6 раза -в опыте 3 по сравнению с соответствующими вариантами без инокуляции с загрязнением свинцом. В опыте 1 в фазе трубкования не обнаружено стимули-рющего эффекта ризобактерии на рост растений, что, вероятно, могло быть связано с непродолжительным вегетационным периодом.
Таблица 1
Содержание свинца в растениях и масса растений ячменя
№ опыта Вариант инокуляции Pb в растениях, мг/кг сухой массы Масса растений (сухое вещество), г/сосуд
1. Вегетативная масса в фазе трубкования
Pb без инокуляции 7 1,5 ± 0,3
Pb + P. fluorescens 21 5 1,5 ± 0,3
2. Вегетативная масса в фазе колошения
Без Pb и инокуляции следы 2,2 ± 0,3
Pb без инокуляции 7 2,0 ± 0,2
Pb + P. fluorescens 21 1 2,3 ± 0,3
3. Вегетативная масса в фазе колошения
Pb без инокуляции 16 2,2 ± 1,3
Pb + P. fluorescens 21 11 3,6 ± 1,5a
4. Зерно
Pb без инокуляции 1 3,7 ± 0,5
Pb + P. fluorescens 21 1 5,5± 0,9a
Солома
Pb без инокуляции 11 11,9±1,8
Pb + P. fluorescens 21 10 12,8±1,9
5. Зерно
Без Pb и инокуляции следы 10,8 ±1,5a
Pb без инокуляции 2 7,4 ±1,4
Pb + P. fluorescens 21 2 10,6 ±1,0a
Солома
без Pb и инокуляции следы 13,1 ±1,5a
Pb без инокуляции 3 10,7 ±1,2
Pb + P. fluorescens 21 2 12,8 ±1,8a
Примечания: 1) ошибки определения содержания Pb не превышали 15%; 2) величины, обозначенные буквой (Ш», отличаются от величин в вариантах «Pb без инокуляции» при уровне значимости 5%. То же в таблице 2.
Флуоресцирующие виды бактерий рода Pseudomonas продуцируют высокий уровень органических метаболитов — сидерофоров — низкомолекулярных хелати-рующих агентов, обладающих экстремально высоким сродством к Fe(III) [6]. Сидерофоры, кроме Fe, способны хелатировать тяжелые металлы, в том числе свинец, но с меньшим сродством [7]. Сидерофоры, хела-тируя ионы свинца, при определенных значениях pH влияли на сорбцию металла на поверхности минерала каолинита [8]. Обнаружено, что Pb2+ сорбировался на
поверхности каолинита в виде гексадентного комплекса металл-сидерофор и служил «мостиком» между поверхностью минерала и молекулой сидерофора [9]. Уменьшение поступления свинца в растения в первой половине вегетационного периода, вероятно, обусловлено секвестированием металла продуцируемыми бактериями сидерофорами в почве.
Положительное действие бактерии в условиях свинцового загрязнения проявлялось и при полной спелости растений. При инокуляции урожай зерна в опытах
4 и 5 на фоне загрязнения тяжелым металлом увеличился в 1,4-1,5 раза по сравнению с соответствующими вариантами без внесения бактерии и загрязнения, масса соломы при этом не изменялась. На фоне достоверного снижения урожая неинокулированных растений под влиянием свинца в опыте 5, по сравнению с вариантом без внесения металла и без инокуляции, применение этой бактерии в загрязненных условиях обеспечило получение такой же массы растений, в том числе и зерна, как и неинокулированных растений без загрязнения. Таким образом, внесение этой бактерии
Показано, что обработка почвы ацетатно-аммо-нийным буферным раствором с рН 4,8 переводит в раствор тяжелые металлы, удерживаемые с помощью ковалентных или координационных связей на поверхностях различных почвенных компонентов [10]. Вероятно, ацетатно-аммонийный буферный раствор, кроме обменных форм, извлекает относительно стабильные легкогидролизуемые соединения свинца, связанные в почве бактериальными сидерофорами. Внесение ризобактерий при загрязнении почвы металлом не приводило на протяжении вегетационного периода к существенным изменениям реакции почвенной среды, которая является важным фактором, влияющим на доступность металлов, в том числе тяжелых металлов, растениям. Этот факт также свидетельствует в пользу того, что уменьшение поступления свинца в первой половине вегетационного периода в инокулированные бактерией растения происходило, вероятно, в результате связывания в почве металла бактериальными органическими эк-зометаболитами — сидерофорами и образования относительно стабильных комплексных соединений, которые экстрагируются ацетатно-аммонийным буферным раствором.
Как показывают проведенные нами исследования, этот процесс носит временный характер. При полной спелости растений в данной почвенной фракции содержалось одинаковое количество тяжелого металла как в вариантах с инокуляцией бактерией, так и без инокуляции. На основании полученных результатов можно заключить, что при инокуляции бактерией в повышении толерантности растений к токсическому действию свинца, решающее значение имеет уменьшение поступления в растения металла в начале и в первой половине вегетационного периода, когда растения
полностью устраняло токсическое действие свинца на растения ячменя и при полной спелости так же, как это проявлялось в виде тенденции в предыдущем опыте 2 в фазе колошения.
Снижение содержания свинца в вегетативной массе растений в фазах трубкование и колошение при внесении бактерией соответствовало в 1,5 раза большему содержанию металла в почвенной фракции, экстрагированной ацетатно-аммонийным буферным раствором (рН 4,8) по сравнению с вариантом без инокуляции (табл. 2).
наиболее подвержены действию неблагоприятных факторов роста, в том числе к повышенным концентрациям тяжелых металлов.
Одним из самых распространенных способов химической мелиорации почв, загрязненных тяжелыми металлами, является известкование. Этот прием существенно снижает подвижность и фитотоксич-ность большинства тяжелых металлов [11]. Все возрастающее современное загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами вызывает кумулятивный эффект, обусловливая постепенное увеличение содержания тяжелых металлов в почвах. Применение извести в этих условиях, усиливая стабилизацию и уменьшая миграцию в почвах тяжелых металлов, неизбежно приведет к их накоплению до критического уровня, когда поведение тяжелых металлов окажется непредсказуемым. В результате этого может проявиться значительно больший негативный эффект и последствия стабилизации тяжелых металлов в почвах при известковании на фоне возрастающего загрязнения металлами могут оказаться куда более опасными.
Инокуляция эффективной бактерией стимулирует рост и повышает урожай ячменя при загрязнении почвы водорастворимым соединением свинца, уменьшая поступление металла в растения в результате временной стабилизации металла в почве, связывая его в относительно стабильные комплексы, извлекаемые ацетатом аммония в начальные периоды вегетации. Применение данного эффективного штамма бактерии позволит возделывать культуру ячменя на загрязненных свинцом почвах без потерь урожайности и загрязнения растительной продукции и значительных изменений в технологии возделывания данной сельскохозяйственной культуры.
Таблица 2
Содержание свинца, извлеченное из почвы ацетатно-аммонийным буферным раствором,
и pH почвы
№ опыта Фаза развития растений Вариант инокуляции Pb, мг/кг почвы pH почвенной суспензии
1. Трубкование Pb без инокуляции 47 ± 9 6,55
Pb + Р. Аиогезсет 21 70 ± 12а 6,54
2. Колошение Pb без инокуляции 24 ± 5 5,72
Pb + Р. Аиогезсет 21 35 ± 6а 5,72
5. Полная спелость Pb без инокуляции 55 ± 3 6,66
Pb + Р. Аиогезсет 21 57 ± 9 6,58
Экологическая эффективностьпород коров—основа увеличения производствамолокаирациональногоиспользованиякормоввусловияхреспубликиСаха(Якутия)
ЛИТЕРАТУРА
1. Нейтрализация загрязненных почв / Под общ. ред. Ю.А. Мажайского. Рязань: Мещерский филиал ГНУ ВНИИГиМ Россельхо-закадемии, 2008. 528 с.
2. Назаров А.В., Иларионов С.А. Потенциал использования микробно-растительного взаимодействия для биоремедиации // Биотехнология. 2005. № 5. С. 54-62.
3. Khan M.S., Zaidi A., Wani P.A. et al. Role of plant growth promoting rhizobacteria in the remediation of metal contaminated soils // Environmental Chemisry Letters. 2009. V. 7. № 1. P. 1-19.
4. Шабаев В.П. Микробиологическая азотфиксация и рост растений при внесении ризосферных микроорганизмов и минеральных удобрений // Почвенные процессы и пространственно-временная организация почв. М.: Наука, 2006. С. 195-211.
5. Теория и практика химического анализа почв / Под ред. Л.А.Воробьевой. М.: Изд-во ГЕОС, 2006. С. 295-307.
6. Смирнов В.В., Киприанова Е.А. Бактерии рода Pseudomonas. Киев: Наукова думка, 1990. 264 с.
7. Braud A., Geoffroy V., Hoegy F., Mislin G.L.A., Schalk I.J. Presence of the siderophores pyoverdine and pyochelin in the extracellular medium reduces toxic metal accumulation in Pseudomonas aeruginosa and increases bacterial metal tolerance // Environmental Microbiological Reports. 2010. V. 2. Issue 3. P. 419-425.
8. Hepinstall S.E., Turner B.F., Maurice P.A. Effects of siderophores on Pb and Cd adsorption to kaolinite // Clays and Clay Minerals. 2005. V. 53. P. 557-563.
9. Mishra B., Haack E.A., Vasconcelos I.F., Maurice P.A., Bunker B.A. XAFS determination of Pb and Cd speciation with siderophores and the metal/siderophore/kaolinite system. In: Proceedings of AIP Conference. 2007. V. 882. P. 196-198.
10. Плеханова И.О., Бамбушева В.А. Экстракционные методы изучения состояния тяжелых металлов в почвах и их сравнительная оценка // Почвоведение. 2010. № 9. С. 1081-1088.
11. Большаков В.А., Краснова Н.М., Борисочкина Т.И. и др. Аэротехногенное загрязнение почвенного покрова тяжелыми металлами: источники, масштабы, рекультивация. М.: РАСХН. Почвенный институт им. В.В. Докучаева, 1993. 91 с.
VPSH@rambler.ru
УДК 636.2.034:636.084(571.56)
Людмила Елисеева,
кандидат сельскохозяйственных наук, Почетный работник СПО РФ, Якутский сельскохозяйственный техникум
экологическая эффективность пород коров — основа увеличения производства молока и рационального использования кормов в условиях республики саха (якутия)
Приведена экологическая эффективность производства молока у различных пород коров и потребность в кормах. S u m m a r y
The article describes the ecological efficiency of different breeds cows' milk production and the need to fodder.
Ключевые слова: якутский скот, экологическая эффективность, кормовые единицы, удой, рацион. Keywords: Yakut cattle, ecological efficiency, fodder units, yield of milk, ration.
Каждый вид животных должен быть хорошо адаптирован к условиям среды, уровню кормления определенных территорий и обладать в этих условиях способностью давать максимальную продукцию с наименьшими затратами кормов, то есть иметь экологическую эффективность [1].
Продуктивность коров в Республике Саха (Якутия) резко упала в связи со снижением производства сочных кормов, уменьшения завоза комбикормов, переходом на сенной тип кормления.
При хорошем уровне кормления в условиях республики у симментальских пород коров средняя потенциальная продуктивность составляет 2500 кг при рас-
ходе кормов на продуцирование 1 кг молока 1,35 корм. ед. (15,5 МДж), у холмогорских пород коров — 3500 кг при расходе кормов 1,17 корм. ед. (13,5 МДж), а у коров якутского скота — 1500 кг при расходе кормов на 1 кг молока 0,9 корм. ед. (10,4 МДж) (табл. 1).
Если исходить из этих данных, то экологическая эффективность продуцирования молока у коров якутского скота даже при сенном типе кормления на 33% выше, чем у коров симментальских пород, и на 23%, чем у холмогорских пород.
При хорошем уровне кормления у разводимых пород потенциальная возможность продуктивности довольно высокая (табл. 2).
