CC BY
44
ВЛИЯНИЕ МИКРОУДОБРЕНИЯ АВАТАР 1 НА ФОРМИРОВАНИЕ СИМБИОТИЧЕСКОГО АППАРАТА И АЗОТОФИКСИРУЮЩУЮ
АКТИВНОСТЬ СОИ
Заболотная Вера Петровна
канд. биол. наук, старший преподаватель кафедры методики преподавания биологии и экологии Кременецкого областного гуманитарно-педагогического
института им. Тараса Шевченко, Украина, г. Кременец
E-mail: zabolotnavira @gmail. com Коць Сергей Ярославович д-р биол. наук, профессор, заместитель директора по научной работе Института физиологии растений и генетики НАН Украины, Украина, г. Киев
E-mail: azot@ifrg.kiev. ua Маменко Павел Николаевич старший научный сотрудник отдела симбиотической азотфиксации Института физиологии растений и генетики НАН Украины, Украина, г. Киев
E-mail: mamenko@ifrg.kiev. ua
INFLUENCE MICROFERTILIZERS AVATAR 1 ON FORMING OF SYMBIOTIC VEHICLE AND NITROGEN-FIXING ACTIVITY SOYBEAN
Zabolotnaya Vera Petrovna
candidate of biological sciences, senior lecturer in teaching methods of biology and ecology Kremenets Regional Humanitarian Pedagogical Institute named after Taras
Shevchenko, Ukraine, Kremenets Kots Sergei Yaroslavovich
deputy Director for Research of Institute of Plant Physiology and Genetics, NAS of
Ukraine, Doctor of Biological Sciences, Ukraine, Kiev
Mamenko Pavel Nicolaevich candidate of biological sciences, Senior Researcher of symbiotic nitrogen fixation Institute of Plant Physiology and Genetics, National Academy of Sciences of Ukraine,
Ukraine, Kiev
АННОТАЦИЯ
В статье приведены результаты исследования влияния предпосевной обработки семян микроудобрением АВАТАР 1, созданным с использованием нанотехнологий, на формирование и функционирование симбиотического аппарата сои культурной. Установлено, что обработка сои микроудобрением в дозе 2 л/т семян способствовала формированию корневых клубеньков, нарастанию их массы и интенсифицировала процесс фиксации ими молекулярного азота.
ABSTRACT
The results of research of influence of pre-sowing treatment of seed of microfertilizer AVATAR 1, created with the use of nanotechnologies, on forming and functioning of symbiotic vehicle of soybean are presented in the article. It is set that treatment of soybean a microfertilizer in the dose of 2 l/t seed was promoted forming of root nodules, growth of their mass and intensified the process of fixing by them molecular nitrogen.
Ключевые слова: соя; АВАТАР 1; клубеньковые бактерии; корневые клубеньки; азотфиксирующая активность
Keywords: soybean; AVATAR 1; nodule bacteria; root nodules; nitrogen-fixing activity
Мы живем в период стремительного развития нанотехнологий. Масштабные государственные научно-исследовательские программы в области нанотехнологии реализуют сегодня США и Япония. Исследования в области нанотехнологий активно ведутся также в России, Австралии, Канаде, Китае, Южной Корее, Израиле, Сингапуре, Тайване. Практические разработки в этой области уже применяются во многих сферах народного хозяйства — информационных технологиях, медицине, фармакологии, сельском хозяйстве, молекулярной биологии, экологическом мониторинге и т. д. [2, 4, 6]. По мнению отдельных ученых [5], применение нанотехнологий в сельском хозяйстве приведет к появлению совершенно нового класса пищевых продуктов — «нанопродуктов», которые со временем вытеснят с рынка генномодифицированные продукты.
На сегодняшний день установлено, что применение нанопрепаратов в качестве микроудобрений обеспечивает повышение устойчивости к неблагоприятным погодным условиям и увеличение урожайности (в среднем в 1,5—2 раза) многих продовольственных (картофель, зерновые, овощные, плодово-ягодные) и технических (хлопок, лен) культур. Биологически активные наночастицы железа могут повысить урожайность некоторых зерновых культур
от 10 до 40 % [8]. Ожидается также положительное влияние наномагния на продуктивность фотосинтеза [1].
Целью данной работы было исследование влияния предпосевной обработки семян сои микроудобрением, созданным с использованием наночастиц, и инокуляции семян клубеньковыми бактериями на формирование симбиотического аппарата сои и фиксацию растениями атмосферного азота.
Изучение влияния микроудобрения нового поколения в сочетании с предпосевной инокуляцией клубеньковыми бактериями Bradyrhizobium japonicum осуществлялась в условиях полевого опыта на опытных участках Кременецкого ботанического сада. Почва участков — серая лесная.
Объектом исследования была соя культурная (Glycine max (L.) Merr.) сорта Марьяна. В работе использовали микроудобрение с наночастицами карбоксилатов природных кислот АВАТАР 1, созданное Научно-производственной компанией «АВАТАР» (Украина), и медленнорастущие бактерии B. japonicum производственного штамма 634б и штамма PC-08, полученные из музейной коллекции культур микроорганизмов Института физиологии и генетики НАН Украины.
Перед обработкой микроудобрениями и клубеньковыми бактериями семена всех опытных вариантов, а также семена контрольного варианта стерилизовали 70 %-ным этанолом в течение 10 мин, после чего промывали водопроводной водой. Инокуляцию семян осуществляли путем увлажнения их в течение часа суспензиями клубеньковых бактерий. Семена контрольного варианта увлажняли водой.
Сою сеяли широкорядным способом с шириной междурядий 45 см; глубина заделки семян — 4—5 см. Норма высева — 110 кг/га. Повторность опытов — 4-кратная, площадь учетных участков 4 м . Схема опыта приведена в таблицах.
Для определения количества и массы клубеньков отбирали монолиты почвы 25^25x30 см. После отмывания корней клубеньки отделяли,
подсчитывали их количество и взвешивали. Активность процесса азотфиксации определяли методом восстановления ацетилена [7].
Статистическую обработку экспериментальных данных осуществлено за Б. А. Доспеховым [2].
Одной из важных симбиотических характеристик бактерий является их способность проникать в корни растения-хозяина и вызывать образование клубеньков. В результате проведенных исследований установлено, что В. ]аротсит как производственного штамма 634б, так и исследуемого РС-08, активно инициировали образование корневых клубеньков у сои уже в начале вегетации и эта тенденция сохранялась до окончания наблюдений — во время цветения сои количество ризобиальных наростов в инокулированных растений в 2,15 (штамм РС-08) — 3,07 (штамм 634б) раза превышало количество аналогичных образований у растений, которые заражались почвенными расами бактерий (табл. 1). Использование для предпосевной обработки семян микроудобрения АВАТАР 1 по-разному влияло на процесс клубенькообразования. Совместная обработка семян АВАТАРом 1 в дозе 2 л/т семян и ризобиями производственного штамма 634б способствовала увеличению количества корневых клубеньков по сравнению с вариантом с моноинокуляцией ризобиями этого штамма на 14,72—19,2 % в зависимости от фазы вегетации, а ризобиями штамма РС-08 — на 13,4—15,1 %. Предпосевная обработка семян микроудобрением в дозе 1 л/т семян в начале вегетации или почти не влияла на образование клубеньков (вариант с инокуляцией бактериями штамма РС-08) или несколько интенсифицировала процесс (вариант с инокуляцией бактериями штамма 634б). Однако, в последующие фазы вегетации эта доза АВАТАРа 1 не стимулировала клубенькообразование у сои.
Таблица 1.
Влияние микроудобрения АВАТАР 1 и инокуляции В. ^ротсит на
количество корневых клубеньков сои культурной, шт
Вариант Фаза вегетации
4-х настоящих листьев бутонизации цветения
Контроль (без обработки, 4,8 ± 0,48 8,3 ± 0,48 8,7 ± 0,33
спонтанная инокуляция)
Семена + 634б 12,0 ± 1,08 22,5 ± 0,65 26,7 ± 1,45
[Семена + АВАТАР 1, 2 л/т] + 634б 14,3 ± 0,63 25,8 ± 0,85 30,7 ± 1,45
[Семена + АВАТАР 1, 1 л/т] + 634б 12,8 ± 0,48 20,0 ±1,08 25,3 ± 2,03
Семена + РС-08 9,8 ± 0,85 16,3 ± 0,47 18,7 ± 1,20
[Семена + АВАТАР 1, 2 л/т] + РС-08 14,0 ± 0,71 22,5 ± 0,87 25,0 ± 1,52
[Семена + АВАТАР 1, 1 л/т] + РС-08 9,7 ± 0,33 12,3 ± 0,51 14,0 ± 1,00
Взвешивание корневых клубеньков показало, что в течение вегетации их масса на корнях инокулированных растений в 2,5—3,0 раза превышала массу клубеньков на корнях растений, которые заражались бактериями спонтанно (табл. 2). Предпосевная обработка семян АВАТАРом 1 способствовала нарастанию массы клубеньков только в дозе 2 л/т семян.
Таблица 2.
Влияние микроудобрения АВАТАР 1 и инокуляции В. Japonicum на массу
корневых ^ клубеньков сои культурной, г
Вариант Фаза вегетации
4-х настоящих листьев бутонизации цветения
Контроль (без обработки, спонтанная инокуляция) 0,052 ± 0,003 0,162 ± 0,016 0,202 ± 0,021
Семена + 634б 0,15 3 ± 0,003 0,650 ± 0,024 0,847 ± 0,034
[Семена + АВАТАР 1, 2 л/т] +634б 0,194 ± 0,006 0,787 ± 0,027 1,004 ± 0,050
[Семена + АВАТАР 1, 1 л/т] +634б 0,126 ± 0,007 0,538 ± 0,014 0,744 ± 0,028
Семена + РС-08 0,128 ± 0,005 0,453 ± 0,010 0,603 ± 0,024
[Семена + АВАТАР 1, 2 л/т] + РС-08 0,139 ± 0,008 0,759 ± 0,028 0,940 ± 0,036
[Семена + АВАТАР 1, 1 л/т] + РС-08 0,103 ± 0,005 0,313 ± 0,012 0,391 ± 0,032
Азотфиксирующая активность неинокулированных растений сои в течение вегетации была невысокой. Гораздо интенсивнее фиксировали молекулярный
азот атмосферы инокулированные растения. Азотофиксирующая активность растений, инокулированных бактериями штамма РС-08 в фазе четырех настоящих листьев превышала аналогичный показатель неинокулированных растений в 6,5 раза, а штамма 634б — в 7,7 раза (табл. 3). На этой фазе онтогенеза предпосевная обработка АВАТАРом 1 повысила азотофиксирующую активность растений только в варианте с инокуляцией бактериями штамма РС-08 и дозой микроудобрения 2 л/т семян. Во второй половине вегетации во всех вариантах зафиксировано резкое снижение этого показателя. Однако, и в этот период (в частности в фазе цветения) растения, семена которых перед посевом обрабатывались удобрением в дозе 2 л/т семян, в 1,6—1,7 раза активнее фиксировали молекулярный азот, чем необработанные.
Таблица 3.
Влияние микроудобрения АВАТАР 1 и инокуляции В. ]аротсит на
активность процесса азотофиксации сои культурной, мкмоль _С2Н4/(растение х час)_
Вариант Фаза вегетации
4-х настоящих листьев цветенне
Контроль (без обработки, спонтанная инокуляция) 0,335 ± 0,041 0,188 ± 0,044
Семена + 634б 2,605 ± 0,079 0,542 ± 0,091
[Семена + АВАТАР 1, 2 л/т] + 634б 2,605 ± 0,224 0,951 ± 0,036
[Семена + АВАТАР 1, 1 л/т] + 634б 1,986 ± 0,201 0,313 ± 0,007
Семена + РС-08 2,163 ± 0,294 0,599 ± 0,089
[Семена + АВАТАР 1, 2 л/т] + РС-08 2,420 ± 0,085 0,983 ± 0,102
[Семена + АВАТАР 1, 1 л/т] + РС-08 1,894 ± 0,034 0,121 ± 0,004
Таким образом, установлено, что предпосевная обработка семян микроудобрением АВАТАР 1 в дозе 2 л/т семян в сочетании с инокуляцией клубеньковыми бактериями активизирует процесс клубенькообразвания и увеличивает азотофиксирующую активность сои. Относительно влияния на формирование и функционирование симбиотического аппарата сои
микроудобрения в дозе 1 л/т семян, нами получены противоречивые результаты, поэтому этот вопрос требует дополнительного изучения.
Список литературы:
1. Бовсуновский А.М., Вялый С.О., Каплуненко В.Г., Косинов Н.В. Нанотехнология как движущая сила аграрной революции // Зерно. — 2008. — № 11(31). — С. 80—83.
2. Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. 2-е изд., испр. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007. — 416 с.
3. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М.: Колос, 1985. — 371 с.
4. Caruthers S.D., Wickline S.A., Lanza G.M. Nanotechnological application in medicine // Current Opinion in Biotechnology. — 2007. — Vol. 18. — P. 26—30.
5. Chau C.F. The development of regulation for food nanotechnology // Trends Food Sci. Technol. — 2007. — V. 18. — P. 269—280.
6. Jain K.K. Nanomedicine: application of nanobiotechnology in medical practicle // Med. Princ. Pract. — 2008. — Vol. 17. — № 2. — P. 10715—10724.
7. Hardy R.W.F., Holsten R.D., Jackson E.K. et al. The acethylene-ethylene assay for N2 fixation: laboratory and field evaluation // Plant Physiol. — 1968. — 43 (8). — P. 1185—1207.
8. Racuciu N., Creanga D. Cytogenetic changes induced by beta-cyclodextrin coated Nanoparticles in plant seeds // Romanian J. Phys. — 2009. — V. 54. — P. 125—131.
