CC BY
111
УДК 581.143:577.175.1.05
ВЛИЯНИЕ БИОПРЕПАРАТОВ, МОЛИБДЕНА, БОРА И ЯНТАРНОЙ КИСЛОТЫ НА ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ЛЮПИНО-ЯЧМЕННЫХ И
СОЕВО-ЯЧМЕННЫХ АГРОЦЕНОЗОВ
А.С. Кононов, А.В. Шугаев
Установлено, что добавление небольших доз янтарной кислоты к ризобактериями препарат рифан стимулирует ряд важных физиологических показателей у злаковых и бобовых растений в смешанных люпино-ячменных посевах, а именно: рост стебля люпина на 50%, ячменя на 54% к контролю, снижает суммарную интенсивность транспирации в 1,7 раза по сравнению с применением только одного рифана, повышает в сумме в 1,8 раза интенсивность фотосинтеза по сравнению с контролем. Кроме того добавление янтарной кислоты, увеличивает общую стрессоустойчивость растений к неблагоприятным факторам, снижает заболеваемость растений ячменя бурой ржавчиной на 90-95% к контролю.
Ключевые слова: азотфиксация, люпин, соя, ризобактерии, интенсивность фотосинтеза, рифан.
Во многих странах мира, в том числе и в России интерес к использованию достижений микробиологии в сельском хозяйстве неизмеримо возрос, расширены представления о роли микроорганизмов в жизни растений. И это не случайно. Бактерии были первыми живыми обитателями Земли, которые монополизировали нашу планету на более чем 3 млрд лет. Сейчас половина живой материи на Земле — это клетки бактерий. Сегодня масса углерода циркулирующего в бактериях, примерно равна массе углерода во всех растениях планеты. На долю микробов приходится более 1015 кг азота и 1012 кг фосфора. Круговорот веществ в микробах, примерно, в 10-100 раз интенсивней, чем в клетках растений. Быстро меняющийся и эволюционирующий мир прокариот оказывает мощное влияние на мир многоклеточных эукариот. В мире существует порядка 107 видов микроорганизмов и примерно около 90% всего генетического разнообразия природа хранит в клетках бактерий. Примерно, 1030 грамм бактерий обитают в почве планеты и не учитывать их взаимодействие с миром растений в практической работе просто нельзя. Агроэкосистемы в настоящее время занимают 30% всей земной поверхности и включают наиболее продуктивные почвы. Поэтому эффективное управление растительно-микробными сообществами в агроэкосистемах имеет практический интерес для человека так как, агроэкосистемы являются наиболее важным средством сохранения и улучшения нашей биосферы. Несмотря на достаточно многочисленные фундаментальные работы по проблеме взаимодействия симбиотических бактерий с миром автотрофных растений (1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16) остаются неясными влияния быстро размножающихся бактериальных клеток внедрившихся в корни бобовых растений на геном растительной клетки и в целом на бобовое растение. Исследование таких взаимодействий представляет большую сложность как в теоретическом и практическом плане. В исследованиях последние 40 лет важнейшим направлением было изучение азотфиксации - как процесса, лимитирующего у бобовых растений все остальные звенья цикла азота, а также ряд работ был посвящен установлению взаимосвязи этого процесса с фотосинтезом. Ряд исследователей Е.Н.Мишустин, В.К.Шильникова (1968), Н.Г.Федулова (1980), В.И.Романов (1983), T.M. СМщ et al.(1975), R.W.Нагdу (1977) считают, что поступление фотоассимилянтов из листьев в клубеньки является главным фактором, лимитирующим восстановление молекулярного азота и его ассимиляцию (1,17,18,19,20). Другие авторы И.А. Тихонович и Н.А.Проворов (1998); F.R. ЫшМп (1999) утверждают, что существует высокочувствительный механизм регуляции активности нитрогеназы, непосредственно связанный как с фотосинтетическими возможностями бобового растения, так и с его потребностями в азоте (12,21).
Новейшие исследования позволяют признать за растением-хозяином ведущую роль в повышении продуктивности симбиотической фиксации азота. Азот необходимый источник питания растений. В растительном организме он входит в состав таких важных соединений, как ДНК, РНК, алкалоиды, фитогормоны и т.д. Современные исследователи все чаще поднимают вопрос о том, как найти дешевый и безопасный способ увеличения поступления азота в клетку.
Как считает А.С.Кононов (2003) биологическая фиксация азота, составляющая у бобовых за счет симбиотических бактерий от 40-45% у сои и до 75-85% у люпина это путь синтеза экологически безопасного азота [22]. Он экологически чище, чем внесение минеральных азотных удобрений. Кроме того, биологический путь пополнения азота в почве выгоднее экономически, поскольку на производство азотных удобрений является весьма затратным производством, на которое тратится большое количество денег и ресурсов.
Целью наших исследований было разработка приемов стимулирования физиологических процессов направленных на увеличение продуктивности растений в смешанном люпино-ячменном и соево-ячменном посеве за счет применения симбиотических и ассоциативных биопрепаратов, а также молибдена, бора и янтарной кислоты.
Материалы и методы. Исследования проводились на опытном участке БГУ в 2012г. Были заложены опыты с однолетними полевыми культурами: ячменем, соей и люпином. Погодные условия в процессе проведения опыта были близки к средним многолетним данным. Почва на опытном участке была серая лесная хорошо окультуренная. В опыте применяли для предпосевной обработки семян технологическую смесь симбиотических и ассоциативных ризобактерий (ризоторфин + флавобактерин) - рифан [2]. А также молибдат аммония, борную и янтарную кислоту по схеме опыта.
Измерение длины побега проводили на одних и тех же растениях (не меньше 10) методом измерения стебля с точностью до одного знака после запятой [3]. Интенсивность транспирации определяли весовым методом [3].
Интенсивность фотосинтеза определяли по методике А.А. Иванова и М.Л. Коссович [4]. Учеты и наблюдения в опыте по методике [5].
Результаты исследований. Исследование роста растений в смешанных люпиноячменных и соево-ячменных посевах показало, что в фазу бутонизации люпина растения люпина сои и ячменя различались по высоте стебля (табл.1).
Таблица 1
Влияние симбиотических и ассоциативных ризобактерий молибдата аммония, борной и
янтарной кислоты на рост стебля растений, в см
№ Вариант Длина побегов, в см
ячмень люпин соя
1 Люпин+ ячмень -контроль 26 16 -
2 Люпин + ячмень + рифан 33,5 17,5 -
3 Люпин + ячмень + рифан + янтарная кислота 0,0625 г/м2 37 19,5 -
4 Люпин + ячмень + рифан + янтарная кислота 0,0125 г/м2 40 24 -
5 Соя + ячмень -контроль 32 - 14,7
6 Соя + ячмень + рифан 40,5 - 13,9
7 Соя + ячмень + молибдат аммония 4г/м2 33,6 - 14,8
8 Соя + ячмень + рифан + янтарная кислота 0,0125г/м2 38 - 14,3
НСР05 6,2 4,1 2,3
Было установлено, что наибольший рост растений по сравнению с контролем был на вариантах, которые были обработаны рифаном и янтарной кислотой в дозе 0,0625г/м2. Так высота стебля у люпина была больше, чем на контроле на 8 см или на 50%, а у ячменя на 14 см или на 54%. Можно предположить, что небольшие дозы янтарной кислоты благоприятно влияют на процессы в цикле Кребса растений, а так же на эти же процессы у симбиотических и ассоциативных бактерий. Это в целом благоприятно влияет на энергетический баланс растительно-микробной системы в смешанных посевах и активирует рост стебля (табл.1).
В соево-ячменном посеве наиболее благоприятное воздействие на рост растений оказало применение рифана. Рост ячменя был на 8,5см больше, чем на контроле, а у сои существенно не отличался от контроля (табл.1). Хорошие результаты получены при добавлении к рифану янтарной кислоты в дозе 0,0125 г/м2. Рост у растений ячменя был на 19% больше чем на контроле.
Как показали, наши исследования физиологических показателей водного обмена в смешанных посевах, наиболее низкая интенсивность транспирации, наблюдалась на контроле без обработки ризобактериями, микроэлементами и органическими кислотами. Применения рифана в люпино-ячменном посеве повысило суммарную интенсивность транспирации в 2,5 раза по сравнению с контролем. Установлено, что в смешанных посевах ризобактерии - рифан стимулировал транспирацию люпина, что и определило общий рост этого показателя на данном варианте (табл.2).
На процесс транспирации у растения требуются очень большие затраты энергии. Снижение транспирации наблюдалось на варианте люпин + ячмень + рифан + янтарная кислота в дозе 0,0625г/м2, что благоприятно влияло на рост стебля в высоту. Можно предположить, что янтарная кислота в дозировке 0,0625г/м2 увеличивает энергию в растениях люпина, при этом более
экономно расходуется вода. Установлено, что суммарную интенсивность транспирации при применении янтарной кислоты в дозировке 0,0625г/м2 снизилась в 1,7 раза по сравнению с применением только одного рифана (табл.2).
Таблица2
Влияние симбиотических и ассоциативных ризобактерий молибдата аммония,
борной и янтарной кислоты на интенсивность транспирации листьев, в г/дм2 час
№ Вариант Интенсивность транспирации, в г/дм2 час
ячмень люпин соя
1 Люпин+ ячмень -контроль 0,014 0.002 -
2 Люпин + ячмень + рифан 0,011 0,029 -
3 Люпин + ячмень + рифан + янтарная кислота- 0,0125 г г/м2 0,013 0,04S -
4 Люпин + ячмень + рифан + янтарная кислота 0,0625 г/м2 0,011 0,013 -
5 Соя + ячмень -контроль 0.017 - 0,00S
6 Соя + ячмень + рифан 0,014 - 0,013
7 Соя + ячмень + молибдат аммония - 4 г/м2 0,006 - 0,010
S Соя + ячмень + рифан + янтарная кислота -0,0125 г/м2 0,01S - 0,010
На смешанных посевах сои и ячменя наблюдалось снижение транспирации на варианте соя + ячмень + рифан + молибдат аммония -4 г/м2 в 1,6 раза по сравнению с контролем (табл.2).
Исследования показали, что наиболее высокая интенсивность фотосинтеза наблюдается в варианте люпин + ячмень + рифан + янтарная кислота 0,0125г, что в сумме выше, чем на контроле в 1,8 раза (табл.3). Более высокое потребление диоксида углерода при добавлении янтарной кислоты благоприятно влияло на рост стеля в высоту и накопление биомассы.
Таблица3
Влияние симбиотических и ассоциативных ризобактерий молибдата аммония, борной и янтарной кислоты на интенсивность фотосинтеза, в мг СО2 /дм2 час
№ Вариант Интенсивность фотосинтеза, в мг СО2 /дм2 час
ячмень люпин соя
1 Люпин+ ячмень - контроль 8,1 15,0 -
2 Люпин + ячмень + рифан 15,9 17,4 -
3 Люпин + ячмень + рифан + янтарная кислота 0,0125 г/м2 21,2 19,6 -
4 Люпин + ячмень + рифан + янтарная кислота 0,0625 г/м2 16,0 15,6 -
5 Соя + ячмень - контроль 9,5 - 14,6
6 Соя + ячмень + рифан 10,6 - 19,0
7 Соя + ячмень + молибдат аммония - 4 г/м2 15,1 - 15,2
s Соя + ячмень + рифан + янтарная кислота -0,0125 г/м2 15,8 - 24,6
НСР05 4,2 2,1 5,3
Выводы. Таким образом, в наших исследованиях установлено, что добавление небольших доз янтарной кислоты к ризобактериями препарат рифан стимулирует ряд важных физиологических показателей у злаковых и бобовых растений в смешанных люпино-ячменных посевах и соево-ячменных, а именно: рост стебля люпина на 50%, ячменя на 54% сои на 19 -26% к контролю, снижает суммарную интенсивность транспирации в 1,6 -1,7 раза по сравнению с применением только одного рифана, повышает в сумме в 1,8 раза интенсивность фотосинтеза у люпина и на 26% у сои по сравнению с контролем. Кроме того добавление янтарной кислоты, увеличивает общую стрессоустойчивость растений к неблагоприятным факторам, снижает заболеваемость растений ячменя бурой ржавчиной на 90-95% к контролю.
It is established that addition of small doses of amber acid to rizobakteriya a preparation rifan stimulates a number of important physiological indicators at cereals and bean plants in the mixed lupine-barley crops, namely: growth of a stalk of a lupine by 50 %, barley for 54 % to control, reduces total intensity of a transpiratsiya in 1,7 times in comparison with application only one rifan, increases in the sum of 1,8 times intensity of photosynthesis in comparison with control. Besides addition of amber acid, increases the general resistance to stress of plants to
Список литературы
1. Мишустин Е.Н., Шильникова В.К. Биологическая фиксация атмосферного азота. М., 1968. 531 с.
2.Доросинский Л.М. Клубеньковые бактерии и нитрагин. Л., 1970.192 с.
3.Мишустин Е.Н., Шильникова В.К. Клубеньковые бактерии и инокуляционный процесс. М.: Наука, 1973. 289 с.
4.Мильто Н.И. Клубеньковые бактерии и продуктивность бобовых растений. Минск, 1982. 296 с.
5.Вавилов П. П., Посыпанов Г. С. Бобовые культуры и проблема растительного белка. М.: Россельхозиздат, 1983. 256 с.
6.Берестецкий О.А., Возняковская Ю.М., Доросинский Л.М., Круглов Ю.В., Муромцев Г.С., Тарвис Т.В., Туев Н.А., Чундерова А.И. Биологические основы плодородия почв. - М., 1984. - 287 с.
7. Мишустин Е. Н. Минеральный и биологический азот в земледелии СССР. М.: Наука, 1985.270с.
8.Кретович, В. Л. Усвоение и метаболизм азота у растений. М.: Наука, 1987.312 с.
9. Кожемяков А.П., Доросинский Л.М. Роль нитрагинизации в повышении урожая и накоплении белка бобовыми культурами / Тр. ВНИИ СХМ - Л., 1987. Т. 57. С. 7-15.
10.Кравченко Л. В., Кравченко И. К.,. Боровков А. В., Пшикрил 3. Возможность биосинтеза ауксинов ассоциативными азотфиксаторами в ризосфере пшеницы // Микробиология, 1991. Т. 60, № 5. С. 927.
11. Хотянович А. В. Методы культивирования азотфиксирующих бактерий, способы получения и применение препаратов на их основе. Л., 1991. 60 с.
12. Тихонович И.А., Проворов Н.А. Генетика симбиотической азотфиксации с основами селекции. СПб, 1998. 194 с.
13. Трепачёв Е.П. Агрохимические аспекты биологического азота в современном земледелии. М.: Наука, 1999. 523 с.
14. Завалин А. А. Биопрепараты, удобрения и урожай. М.,: ВНИИА,2005.-302 с.
15.Тихонович И.А, Кожемяков А. П., Чеботарь В. К. и др. Биопрепараты в сельском хозяйстве. -М.: Россельхозакадемия, 2005. 153 с.
16. Новые технологии производства и применения биопрепаратов комплексного действия / Под ред. А. А. Завалина, А. П. Кожемякова СПб: ХИМИЗДАТ, 2010. 64 с.
17. Федулова Н.Г. Связь обмена поли-Ь-оксибутирата у Rhizobium с азотфиксацией и фотосинтезом. //Автореферат дисс. канд. биол. наук. М., 1980. 25 с.
18. Романов В.И. Энергетика симбиотической азотфиксации у бобовых и ее связь с фотосинтезом. //Молекулярные механизмы усвоения азота растениями. - М, 1983. C.81 - 88.
19. Ching T.M.. Hedtke S., Russell S.A., Evans H.J. Energy state and dinitrogenfixation in soybean nodules of dark growth plant. //Plant Physiology. 1975, v. 260, No 5548. -P. 268 271.
20. Hardy R.W. Rate-limiting steps in biological photoproductivity. //Geneticengineering for nitrogen fixation. 1977.v. 36. P. 401-408.
21. Minchin F.R. The regulation of nitrogen fixation in legumes. //New approaches and techniques in breeding sustainable fodder crops and amenity grasses,1999. P.3-16.
22.Кононов А. С. Люпин: технология возделывания в России. Брянск, 2003. 212 с.
23. Кононов, А. С. Микробиологический состав для стимуляции роста и развития смешанного бобово-злакового посева / А. С. Кононов, М.Ю. Никитушкина/ Патент РФ, регистрационный №2009138097 от 14.10 2009 года патент от 20 01.2012г №2439800. 6с.
24. Кононов, А. С. Агрофитоценоз и методы его исследования / А. С. Кононов/ Брянск: «Курсив», 2009.-300с.
25. Сказкин Ф.Д., Ловчиновская Е.И., Красносельская Т.А., Миллер М.С, Аникеев В.В. Практикум по физиологии растений /Под ред. Сказкина Ф.Д. Советская наука. М., 1953 С. 156157.
26.Доспехов, Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований) / Б.А.Доспехов/- М.. Агропромиздат, 1985. - 351 с.
Об авторах
Кононов А.С. - доктор сельско-хозяйственных наук, профессор, Брянского государственного университета имени академика И. Г. Петровского, [email protected]
Шугаев А.В. - аспирант Брянского государственного университета имени академика И. Г. Петровского, [email protected]
