CC BY
38
УДК 633.367.3:631.461.52
влияние Новых изолятов клубеньковых бактерий на рост и развитие белого люпина сорта детер1
Зулцэцэг Чадраабал1, аспирант(е-mail: zulaa178@ mail.ru)
О.В. СЕЛИЦКАЯ1, кандидат биологических наук, зав. кафедрой
А.С. ЦЫГУТКИН1, кандидат биологических наук, зав. лабораторией
Г.В. СТЕПАНОВА2, кандидат сельскохозяйственных наук, зав. лабораторией
Российский государственный аграрный университет - МСХА им. К.А. Тимирязева, ул. Тимирязевская, 49, Москва, 127550, Российская Федерация
2 Всероссийский научно-исследовательский институт кормов имени В.Р. Вильямса, Научный городок, 1, Лобня, Мытищинский р-н, Московская обл., Российская Федерация
Резюме. В полевом опыте изучена эффективность применения штаммов азотфиксирующих микроорганизмов, выделенных на сортах и линии белого люпина (Lupinus albus L.). На сорте Детер 1 исследованы восемь новых изолятов клубеньковых бактерий из клубеньков белого люпина, отобранных на сортах Дега, Детер 1, Мановицкий, Деснянский, Гамма, Старт, Дельта и на новой перспективной линии (Новый). Штаммы микроорганизмов отбирали в селекционном опыте, проводимом на экспериментальной базе в Тамбовской области. Референтным был штамм клубеньковых бактерий 363а из коллекции ВНИИСХ микробиологии (г. Санкт-Петербург). Инокуляцию семян микроорганизмами осуществляли путем замачивания в их суспензии (106-108 клеток/мл) в течение 3 ч. Наиболее эффективным на белом люпине сорта Детер 1 оказалось применение штаммов Старт2(увеличивается масса корней, повышается содержание протеина и жира в зеленой массе), Деснянский 1-1 и Новый 3-1 (повышается содержание протеина и жира в зеленой массе, возрастает масса стеблей). Инокуляция штаммом Детер 1 1-1 не ведет к увеличению биомассы растений, но повышает питательную ценность зеленой массы благодаря росту содержания жира и протеина. Ключевые слова: белый люпин, клубеньковые бактерии, инокуляция, продуктивность растений. Для цитирования: Влияние новых изолятов клубеньковых бактерий на рост и развитие белого люпина сорта Детер 1 / Зулцэцэг Чадраабал, О.В.Селицкая, А.С. Цыгуткин, Г.В. Степанова // Достижения науки и техники АПК. 2015. Т. 29. № 11. С. 78-80.
Для получения высокого урожая сельскохозяйственных культур необходимо обеспечить растения всеми элементами питания. Особенно важно удовлетворить и потребность в азоте, содержание которого в большинстве почв России находится в минимуме. Существенную роль в восполнение дифицита этого элемента играют минеральные удобрения, производство которых требует больших энергетических затрат. Поэтому необходимо наиболее полно использовать дополнительный и весомый источник азота - его биологические формы [1-6].
Связывание атмосферного азота происходит благодаря деятельности различных микроорганизмов, в том числе клубеньковых бактерий, осуществляющих этот процесс в симбиозе с бобовыми растениями. При сравнении роли свободноживущих азотфиксаторов и клубеньковых бактерий в азотом балансе почв, преимущество, несомненно, на стороне симбиотических микрорганизмов. Д.Н. Прянишников (1945 г.), И.В. Тюрин (1957 г.) и другие учёные отмечали, что за год в надземной массе и корнях
бобовых растений в результате их совместной деятельности с клубеньковыми бактериями возможно накопление до 75-300 кг/га азота [4, 7-10].
Белый люпин (Lupinus albus L.) при нормальном развитии в симбиозе с клубеньковыми бактериями способен фиксировать в среднем 160-180 кг/га атмосферного азота, что делает его практически независимым от запасов этого элемента в почве, а при инокуляции семян штаммами клубеньковых бактерий и благоприятных почвенно-климатических условий - до 300-350 кг/га (эквивалентно 1 т аммиачной селитры). Уровень фиксации атмосферного азота симбиотическими системами люпина и других зернобобовых зависит как от штамма клубеньковых бактерий, так и от биологических особенностей растений [11-19].
В РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева была проведена интродукция белого люпина и выведены формы, на основе которых созданы уникальные сорта этой культуры [13]. Один из них Детер 1. Потенциальная урожайность сорта достигает 5-6 т/га, накопление зеленой массы -500-600 ц/га. Растения не образуют боковых побегов, тип роста - детерминантный, с детерминацией на главном побеге, что обеспечивает более раннее созревание, по сравнению с любыми другими сортами белого люпина, на 7-10 дн. в зависмости от условий роста и развития растений. Окраска семян белая с кремовым оттенком, семядолей - желтая, масса 1000 семян - 300-350 г. Содержание сырого протеина в семенах составляет 37-38%. Обеспечивает сбор белка на уровне 11-15 ц/ га без внесения азотных удобрений. Продолжительность вегетации составляет 93-95 дн. от всходов до полного созревания. Средне устойчив к фузариозу. Созревание дружное, устойчиво формирует урожаи семян в южной части Центрального района Нечернозёмной зоны [13,20].
Специфические особенности разных сортов белого люпина оказывают влияние на жизнедеятельность бактерий и, следовательно, на эффективность симбиоза в целом. Одним из направлений усиления биологической азотфиксации и увеличения белковой продуктивности посевов этой культуры может стать подбор конкретных штаммов для каждого сорта, а также установление комплементарных симбионтов для условий определённых почвенно-климатических зон.
Цель исследования - изучение отзывчивости сорта белого люпина Детер 1 на симбиоз с клубеньковыми бактериями для отбора перспективных штаммов микроорганизов.
Условия, материалы и методы. Объектами исследования служили клубеньковые бактерии, выделенные в 2012 г. из клубеньков люпина белого (Lupinus albus L.) различных сортов и перспективных линий, возделываемых на Экспериментальной базе РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева в Тамбовской области [21].
Для исследований были взяты 8 изолятов бактерий из клубеньков люпина сортов Дега, Детер 1, Мановицкий, Деснянский, Гамма, Старт, Дельта и новая линия (далее, Новый). В качестве референтного использовали штамм 363а из коллекции ВНИИСХ микробиологии (г. Санкт-Петербург). Микроскопические исследования осуществляли с помощью микроскопа Axio Imeger A1 (ZEISS) [7,8].
Таблица 1. влияние инокуляции новыми штаммами клубеньковых бактерий на рост и развитие белого люпина сорта детер1 (данные полевого опыта)
Биометрический показатель
Вариант инокуляции средняя масса высота, средняя мас- количество клу- масса клубень-
растения, г см са корней, г беньков, шт. ков, г
Контроль (без инокуляции) 144,5±28,3 45,1±4,6 9,98±1,06 53,33±3,17 1,45±0,19
363 а 139,5±50,6 45,0±6,0 9,54±1,09 49,00±11,84 1,59±0,58
Мановицкий 1-3 116,4±37,9 43,7±6,5 10,26±0,95 60,00±5,19 1,28±0,04
Дельта 3-2 133,5±39,2 43,9±4,0 10,30±1,06 130,00±32,19 2,04±0,43
Деснянский 1-1 153,1±35,7 47,9±3,4 10,09±0,60 73,00±22,53 1,24±0,28
Старт 2 146,6±28,1 46,4±5,6 13,66±1,18 75,66±11,89 1,62±0,31
Новый 3-1 156,8±41,2 46,4±3,9 10,94±0,75 88,25±18,42 1,32±0,25
Детер 1 1-1 144,0±28,9 42,8±5,6 8,76±1,01 75,33±17,41 1,59±0,43
Гамма 3-1 135,3±21,4 46,5±5,6 11,47±0,97 58,25±16,68 1,51±0,37
Дега 3-2 111,8±18,9 44,4±7,6 9,99±1,17 64,66±17,57 1,58±0,25
Эффективность инокуляции оценивали в условиях полевого демонстрационного опыта, который проводили на полевой опытной станции РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева в 2013-2014 гг. [22]. Повторность опыта 12-кратная [7, 8, 23]. Перед посевом семена белого люпина сорта Детер 1 инокулировали соответствующими штаммами клубеньковых бактерий путем замачивания в их суспензии (106-108 клеток/мл) в течение 3 ч.
Биометрические наблюдения осуществляли по фазам вегетации. Материал для определения химического состава растительных образцов отбирали в период от цветения до налива бобов. Для исследований использовали общепринятые методы: массовую долю гигроскопической влаги определяли по уменьшению массы пробы при высушивании; содержание сырой золы - после сжигания и последующего прокаливания пробы; сырого жира -методом Сокслета; сырой клетчатки - по массе высушенного остатка, получающегося после обработки обезжиренной пробы кислотой и щелочью; азота - методом Кьельдаля, сырого и переваримого протеина - расчётным путём, умножая значение содержания общего азота на коэффициент 6,25 [24]. Статистическую обработку данных опыта проводили с использованием программы SPSS 16.0. без применения подходов к включению повторения во времени в качестве дополнительного фактора схемы опыта [25, 26].
результаты и обсуждение. На бобовом агаре чистые культуры клубеньковых бактерий образовывали полупрозрачные молочно-белые или бесцветные слизистые колонии округлой формы диаметром 1-22 мм. Все выделенные бактерии палочковидные 0,7x0,1 мкм, неспорообразующие, грамотрицательные.
Средняя масса растений в вариантах с инокуляцией семян выделенными микроорганизмами была на уровне контроля или даже ниже, и только использование штаммов с сорта Деснянский (штамм 1-1) и Новой перспективной линии дали положительный эффект (табл. 1).
Таблица 2. влияние инокуляции клубеньковыми люпина сорта детер 1 (демонстрационный полевой
Высота растений по вариантам опыта различалась незначительно. Средняя масса корней колебалась в пределах 9,54-13,33 г/растение и мало зависела от обработки семян бактериями. Исключение составил вариант с изолятом от сорта Старт (штамм 2), где масса корней одного растения была почти на 40% выше, чем без инокуляции.
Количество клубеньков во всех вариантах с использованием новых изолятов было значительно выше, чем в контроле без инокуляции. Интересно, что обработка референтным штаммом 363а не привела к увеличению количества клубеньков, а заражение штаммом бактерий с сорта Дельта (штамм 3-2) способствовало формированию их наибольшего количества и самой высокой массы.
Содержание клетчатки в анализируемых образцах листьев белого люпина в среднем находилось в пределах 8,2-8,8% (табл. 2). Инокуляция клубеньковыми бактериями не вела к росту величины этого показателя, за исключением варианта со штаммом с линии Новый, где она была выше, чем без использования микроорганизмов и в других вариантах опыта (9,6%). Обработка референтным штаммом 363а вызвала снижение количества клетчатки, по сравнению с контролем, почти на 0,7%.
Содержание жира в листьях во всех вариантах с инокуляцией оказалось выше, чем в контроле. Наибольшая величина этого показателя отмечена при использовании штаммов Гамма 3-1 (1,51%) и Дега 3-2 (1,90%). Зольность после обработки микроорганизмами также была выше, чем в контроле без инокуляции и в варианте с использованием штамма 363а. Самое большое содержание золы отмечено в случае применения штамма Детер 1 1-1 (11,55%).
В сухом веществе белого люпина в период от цветения до налива бобов содержится довольно много азота. В надземной массе величина этого показателя варьировала в пределах 3,67-5,19%. Сорт Детер 1 положительно отзывался на инокуляцию практически всеми испытанными новыми штаммами клубенько-
бактериями на химический состав листьев белого опыт)
Вариант инокуляции Содержание, % от абсолютно сухого вещества
клетчатка сырой жир сырой протеин переваримый протеин зола
Контроль (без инокуляции) 8,21 0,57 29,81 24,74 9,76
363 а 7,55 1,23 32,04 26,59 9,59
Мановицкий 1-3 8,61 1,12 32,98 27,37 10,00
Дельта 3-2 8,58 1,19 32,32 26,83 10,55
Деснянский 1-1 8,78 1,24 34,51 28,64 10,53
Старт 2 8,72 1,41 33,82 28,07 10,30
Новый 3-1 9,60 1,23 33,56 27,85 10,87
Детер 1 1-1 8,85 1,40 33,01 27,40 11,55
Гамма 3-1 8,47 1,51 31,34 26,01 10,59
Дега 3-2 8,48 1,90 25,51 21,17 10,26
вых бактерий. Содержание сырого и переваримого протеина в листьях было больше во всех вариантах обработки за исключением изолята Дега 3-2. Самое высокое количество сырого протеина отмечено после инокуляции штаммами Деснянский 1-1, Старт 2, Новый 3-1 и Детер 1 1-1.
выводы. Установлено, что наиболее эффективна инокуляция семян белого люпина сорта Детер 1 штаммами Старт 2, Деснянский 1-1 и Новый 3-1. Инокуляция штаммом Детер 1 1-1 не ведет к увеличению биомассы растений, но повышает питательную ценность зеленой массы благодаря увеличению содержания жира и протеина.
Литература.
1. Агрохимический словарь. Термины и определения. М.: Агроконсалт, 1999. 48 с.
2. Агроэкология. Методология, технология, экономика / В.А. Черников, И.Г. Грингоф, В.Т. Емцев и др. / Под ред. В.А. Черникова, А.И. Чекереса. М.: Колос, 2004. 400 с.
3. Симарова Б.В Генетические основы селекции клубеньковых бактерий. Ленинград: Агропромиздат, 1990. С. 5-18.
4. Труды всесоюзного научно-исследовательского института сельскохозяйственной микробиологии. Том 50. «Клубеньковые бактерии и их использование в земледелии». Ленинград, 1980. С. 2.
5. Васильчиков А.Г. Сравнительная оценка размеров симбиотической азотфиксации зернобобовых культур// Земледелие. 2014. № 4. С. 8-11.
6. Роль люпина в формировании плодородия почвы/П.А. Чекмарев, А.И. Артюхов, Н.П. Юмашев, Л.Л. Яговенко//Достижения науки и техники АПК. 2011. №10. С. 17-20.
7. Посыпанов Г.С. Методы изучения биологической фиксации азота воздуха. М.: Агропромиздат, 1991. 300 с.
8. Румянцева М.Л., и др. Биологическое разнообразие клубеньковых бактерий экосистемах и агроценозах. Теоретические основаны и методы. СПб: ВНИИСХМ, 2011. С. 2-30.
9. Тихонович И.А., Проворов Н.А. Симбиозы растений и микроорганизмов: молекулярная генетика агросистем будущего //СПб.: Изд-во С-Петерб.ун-та, 2009. С. 15-16
10. Умаров М.М., Кураков А.В., Степанов А.Л. Микробиологическая трансформация азота в почве. М.: ГЕОС, 2007. 138 с.
11. Белопухов С.Л., Цыгуткин А. С., Штеле А.Л. Применение термоанализа для изучения зерна белого люпина //Достижения науки и техники АПК. 2013. №4. С. 56-58.
12. Гатаулина Г.Г., Медведева Н.В. Белый люпин перспективная кормовая культура //Достижения науки и техники АПК. 2008. №10. С. 49-51.
13. Гатаулина Г.Г., Медведева Н.В., Цыгуткин А.С. Сорта белого люпина селекции ФГОУ ВПО РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева: Методические рекомендации. М.: Изд-во РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева, 2010. 24 с.
14. Рост, развитие, урожайность и кормовая ценность сортов белого люпина (Lupinus albus L.) селекции РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева/Г.Г. Гатаулина, Н.В. Медведева, А.Л. Штеле, А. С. Цыгуткин//Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии. 2013. №6. С. 12-30.
15. Гатаулина Г.Г., Цыгуткин А.С., Навальнев В.В. Технология возделывания белого люпина. Белгород: Белгородский НИИСХ, 2009. 28 с.
16. Новиков М. Н. Белый люпин как фактор оптимизации биологизации земледелия в центральном районе Нечернозёмной зоны // Белый люпин. 2014. №1. С. 12-14.
17. Борзенкова Г.А., Васильчиков А.Г. Применение эффективных протравителей и инокулянтов в технологии возделывания различных сортов сои // Земледелие. 2014. № 4. С. 37-39.
18. Влияние инокуляции семян, удобрений и регулятора роста на продуктивность люпина белого // В.Н. Наумкин, Л.А. Наумкина, А.А. Муравьев, А.И. Артюхов, М.И. Лукашевич//Земледелие. 2013. № 7. С. 36-38.
19. КомокМ.С., ПирогА.В., Волкогон В.В. Оптимизация содержания физиологически активных веществ в инокулянте для зернобобовых культур // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2014. № 7 (117). С. 21-26.
20. Гатаулина Г.Г., Медведева Н.В., Цыгуткин А.С. Особенности роста и развития растений, технологии возделывания нового сорта белого люпина Детер 1 //Достижения науки и техники АПК. 2011. №9. С. 26-28.
21. Развитие производства и экономическое состояние учебных хозяйств. Методические указания / А.В. Захаренко, А.С. Цыгуткин, М.Ф. Костюкович, А.И. Белолюбцев, Е.Н. Фанина, Д.В. Ворников, А.В. Подлеснов, А.В. Сычев. М.: ФГОУ ВПО РГАУ-МСХА им. К.А.Тимирязева, 2010. 58 с.
22. Цыгуткин А.С. Демонстрационный опыт в системе методов опытного дела //Агрофизика. 2012. №2. С. 37-42.
23. Степанова Г.И., Селицкая О.В., Донсков С.А. и др. Итоги научной деятельности лаборатории селекционных симбио-тических технологий // Всероссийского НИИ кормов имени В.Р.Вильямса на службе российской науки и практике. М.: ВИК, 2014. С. 623-637.
24. Физико-химические методы анализа кормов/ В.М. Косолапов, В.А. Чуйков, Х.К. Худякова, В.Г. Косолапова. М.: Издательский дом Типография Россельхозакадемии, 2014. С. 32-95.
25. Цыгуткин А.С. О возможности трансформации повторения во времени в дополнительный фактор схемы опыта // Агрохимия. 2002. №2. С. 77-85.
26. Цыгуткин А.С. Методология статистической обработки многолетних данных опыта. М.: Россельхозакадемия, 2002. 27 с.
influence of new strains nodule bacteria on growth and development
of deter 1 variety of white lupine
Zultseseg Chadraabal1, O.V. Selitaskaya1, A.S. Tsygutkin1, G.V. Stepanova2
Russian State Agrarian University - Moscow Timiryazev Agricultural Academy, Timiryazevskaya ul., 49, Moskva, 127550, Russian Federation
2All-Russian Williams Fodder Research Institute, Naychny gorodok,1, Lobnya, Moskovskaya obl., 141055, Russian Federation Summary. The investigation of the efficacy of application of strains of nitrogen-fixing microorganisms on varieties and lines of white lupine (Lupinusalbus L .) was carried out in the field experiment. Eight new strains of nodule bacteria, isolated from knobs of white lupine varieties Dega, Deter 1, Manovitsky, Desnyansky, Gamma, Start, Delta and the new perspective line (Novy), were studied on the Deter 1 variety. The strains of microorganisms were selected in the breeding test, carried out at the experimental base in Tambov region. The strain 363а from the All-Russian Research Institute of Agricultural Microbiology (St. Petersburg) was used as the benchmark. The seed were steeped in the suspension of microorganisms (10E6-10E8 cells per 1 ml) during 3 hours for their inoculation. The most effective for Deter 1 variety was usage of the strains Start (root mass increased, the content of protein and fat in green mass raised), Desnyansky 1-1 and Novy (the content of protein and fat in green mass and stem weight increased). The inoculation by the strain Deter 1 1-1 did not cause the increase in the plant weight, but it improved nutritional value of green mass due to the higher fat and protein content. Key words: white lupine, nodule bacteria, inoculation, productivity of plants.
Author Details: Zultseseg Chadraabal, post-graduate student (e-mail: zulaa178@mail.ru); O.V. Selitskaya, Cand. Sc. (Biol.), head of department; A.S. Tsygutkin, Cand. Sc. (Biol.), head of laboratory; G.V. Stepanova, Cand. Sc. (Agr.), head of laboratory. For citation: Chadraabal Zultseseg, Selitaskaya O.V., Tsygutkin A.S., Stepanova G.V. Influence of New Strains Nodule Bacteria on Growth and Development of Deter 1 Variety of White Lupine. Dostizheniya naukii tekhnikiAPK. 2015. V.29. No11. Pp. 78-80 (In Russ.).
