CC BY
92
Агрономия
компонентов в опыте были взяты 2,5+1,5 млн. всх. семян вики и ячменя на 1 га.
Скороспелый сорт вики Новосибирская предпочтительнее высевать со скороспелым сортом ячменя Дина, что обеспечивает прибавку урожайности смеси 0,13 т/га, и в том числе вики
0,09т/га, по сравнению с агрофитоценозом Новосибирская + Роланд.
Среднеспелую вику Льговская 22 лучше высевать со среднеспелым сортом Роланд, что повышает урожайность смеси на 0,13 т/га исключительно за счет бобового компонента.
Таким образом, многолетние исследования показывают, что при возделывании вико и горохо-злаковых смесей большое внимание следует уделять выбору сортов обоих компонентов.
Селекционным учреждениям нужно обратить внимание на выведение сортов бобовых и злаковых культур, предназначенных для смешанных посевов.
Таблица 3
Влияние сорта на урожайность семян гороха посевного при выращивании в чистом виде и
смеси с ячменем, среднее за 1990-1992 гг.
Сорт гороха Вид посева Урожайность, г/м2 Отношение к чистому посеву, %
всего в т.ч. горох
Мелкосемянный 3 чистый 190 190 -
смешанный 194 126 66
Сармат чистый 208 208 -
смешанный 216 130 62
Орловчанин чистый 256 256 -
смешанный 213 147 57
Самарец чистый 175 175 -
смешанный 203 115 66
НСР05
22
Таблица 4
Влияние сорта на урожайность семян вики посевной, среднее 1999-2000 гг.
Сорт вики (А) Сорт ячменя (В) Урожайность, т/га Доля вики в урожае, %
всего в т.ч. вика
Новосибирская Дина 1,92 1,27 66
Роланд 1,79 1,18 66
Льговская 22 Дина 1,63 1,23 75
Роланд 1,76 1,36 ll
НСР05
А 0,19 0,14
В 0,09 0,06
Литература
1. Бурлака В. А. Чистые и смешанные посевы гороха и других однолетних бобовых культур со злаковыми на зелёную массу в Среднем Поволжье : автореф. дисс. ... канд. сельхоз. наук. Шортанды, 1982. 17 с.
2. Гришин И. А., Котлякова Л. Л. Бобово-злаковые смеси на фураж: сорта, агротехника // Земледелие. 1998. № 2. С. 40.
3. Демиденко К. П. Морфо-биологические особенности и продуктивность укосного гороха в чистых и смешанных посевах в Центральной части степи УССР : автореф. дисс. ... канд. сельхоз. наук. Харьков, 1978. 26 с.
4. Довидайтис В. Ю. Выращивание зернобобовых в Литве // Зерновое хозяйство. 1982. № 8. С. 27—28.
5. Зудилин С. Н., Алексеева Л. Г Формирование агроценозов ячменя с горохом на зернофураж в лесостепи Среднего Поволжья // Кормопроизводство. 2000. № 11. С. 23—25.
6. Турко С. А. Новые технологии возделывания бобовых культур // Земледелие. 1999. № 6. С. 35.
7. Пенчуков В. М., Дебелый Г А., Дербенский В. Н. Одновидовые и смешанные посевы зернобобовых культур // Кормопроизводство. 1995. № 2. С. 9—14.
8. Панкратова В. М. Продуктивность овса Урал на корм в одновидовых и смешанных посевах с викой яровой при различном режиме использования в Предуралье : автореф. дисс. ... канд. сельхоз. наук. Пермь, 1997. 24 с.
ВЛИЯНИЕ СПОСОБА ИНОКУЛЯЦИИ
на формирование тройного симбиоза
и продуктивность сои
н. М. лабутова,
кандидат биологических наук, доцент,
р. л. Левина,
аспирант, Санкт-Петербургский государственный университет
199178, г. Санкт-Петербург, 16 линия В.О., д. 29; тел. 7(812)321-33-58; e-mail: levrimm@bk.ru, e-mail: labutovanm@gmail.com
Ключевые слова: клубеньковые бактерии, арбускулярная микориза, соя, тройной симбиоз. Keywords: Nodule bacteria, arbuscular mycorrhiza, soybean plant, tripartite symbiosis.
В условиях экологизации земледелия и сокращения внесения минеральных удобрений приоритетным направлением является использования потенциала полезной почвенной микро-фл оры д ля п ол учени я вы соки х и качественных урожаев [12, 8, 4]. При возделывании бобовых культур повышение их урожайности может быть достигнуто путем двойной инокуляции растений азотфиксирующими и фосфатмобилизу-ющими микроорганизмами, в результате чего формируется тройной симбиоз. В такой симбиотической системе растение получает дополнительный азот и фосфор за счет деятельности микросимбионтов [10]. Двойная инокуляция [2], как правило, более эффективна, чем моноинокуляция
каждым микроорганизмов в отдельности, что показано нашими работами с растениями сои [5].
Использование микроорганизмов в производственных условиях требует разработки оптимального способа их внесения. Наиболее экономичным и технологичным способом в настоящее время является нанесение микроорганизмов на семена. Между тем, практически во всех исследованиях, посвященных изучению тройного симбиоза, использовался способ, при котором клубеньковыми бактериями обрабатывали семена, а АМ гриб вносили в почву [9]. Лишь в немногих исследованиях, посвященных тройному симбиозу [5], обоими микроорганизмами инокулировали семена растения-хозяина.
В результате, в литературе мало сведений о возможности нанесения и клубеньковых бактерий и АМ гриба на семена при инокуляции разных видов бобовых растений. Также нет информации о влиянии способа заражения на формирование тройного симбиоза и его эффективность по таким показателям, как урожай бобовых культур, поступление азота и фосфора в растения.
Цель и методика исследований.
Целью данной работы было исследовать влияние разных способов инокуляции сои клубеньковыми бактериями Bradyrhizobium japonicum и АМ грибом Glomus intraradices на формирование и эффективность тройного симбиоза.
Исследования проводили в условиях вегетационного опыта на стерильной
Агрономия
Таблица 1
Влияние способа инокуляции на массу органов растений сои, мг/растение
Сорт
Вариант
Корни
Листья и стебли
Зерно
Общая биомасса
Контроль
370±6,3
460±8,2
160±5,9
990±9,2
лнечная
Совместная иноку_______ляция_______
290±9,7
720±9,4
330±6,4
1340±11,3
Раздельная инокуляция
350±4,5
620±7,9
210±7,2
1180±8,9
Контроль
260±7,6
580±6,3
90±4,8
930±9,4
принт
Совместная инокуляция
390±5,6
640±5,9
180±6,8
1210±10,4
Раздельная инокуляция
450±7,7
560±8,4
170±7,2
1180±11,2
Таблица 2
Влияние способа инокуляции на поступление азота в органы растений сои, мг/растение
орт
Вариант
Корни
Листья и стебли
Зерно
Общая
биомасса
Контроль
2,12±0,09
1,90±0,08
1,88±0,05
5,9±0,11
ечная
Совместная инокуляция
4,32±0,12
5,48±0,13
3,27±0,09
13,07±0,12
Раздельная инокуляция
3,76±0,09
4,87±0,11
2,53±0,15
11,16±0,09
и
Контроль
1,18±0,15
2,22±0,06
0,68±0,08
4,08±0,14
Совместная инокуляция
2,73±0,18
3,23±0,12
1,82±0,11
7,78±0,06
Раздельная инокуляция
3,13±0,11
2,42±0,05
1,54±0,09
7,09±0,09
Таблица 3
Влияние способа инокуляции на поступление фосфора в органы растений сои, мг
орт
Вариант
Корни
Листья и стебли
Семена
Общая
биомасса
нечная
Контроль
0,43±0,04
1,82±0,06
1,56±0,03
Совместная инокуляция
0,78±0,05
2,36±0,09
2,02±0,02
Раздельная инокуляция
0,52±0,03
2,33±0,08
1,51±0,06
3,81±0,04
5,16±0,02
4,36±0,05
ринт
Контроль
0,23±0,06
0,98±0,07
0,93±0,05
Совместная инокуляция
0,66±0,03
1,43±0,05
1,02±0,04
Раздельная инокуляция
0,33±0,04
0,96±0,06
0,74±0,07
2,14±0,04
3,11±0,02
2,03±0,03
Таблица 4
Влияние способа инокуляции на развитие ризобиальной компоненты тройного симбиоза
Таблица 1
Влияние способа инокуляции на массу органов растений сои, мг/растение
Сорт Вариант Корни Листья и стебли Зерно Общая биомасса
Солнечная Контроль 370±6,3 460±8,2 160±5,9 990±9,2
Совместная инокуляция 290±9,7 720±9,4 330±6,4 1340±11,3
Раздельная инокуляция 350±4,5 620±7,9 210±7,2 1180±8,9
Спринт Контроль 260±7,6 580±6,3 90±4,8 930±9,4
Совместная инокуляция 390±5,6 640±5,9 180±6,8 1210±10,4
Раздельная инокуляция 450±7,7 560±8,4 170±7,2 1180±11,2
Сорт Вариант Корни Листья и стебли Зерно Общая биомасса
Солнечная Контроль 2,12±0,09 1,90±0,08 1,88±0,05 5,9±0,11
Совместная инокуляция 4,32±0,12 5,48±0,13 3,27±0,09 13,07±0,12
Раздельная инокуляция 3,76±0,09 4,87±0,11 2,53±0,15 11,16±0,09
Спринт Контроль 1,18±0,15 2,22±0,06 0,68±0,08 4,08±0,14
Совместная инокуляция 2,73±0,18 3,23±0,12 1,82±0,11 7,78±0,06
Раздельная инокуляция 3,13±0,11 2,42±0,05 1,54±0,09 7,09±0,09
Сорт Вариант Корни Листья и стебли Семена Общая биомасса
Солнечная Контроль 0,43±0,04 1,82±0,06 1,56±0,03 3,81±0,04
Совместная инокуляция 0,78±0,05 2,36±0,09 2,02±0,02 5,16±0,02
Раздельная инокуляция 0,52±0,03 2,33±0,08 1,51±0,06 4,36±0,05
Спринт Контроль 0,23±0,06 0,98±0,07 0,93±0,05 2,14±0,04
Совместная инокуляция 0,66±0,03 1,43±0,05 1,02±0,04 3,11±0,02
Раздельная инокуляция 0,33±0,04 0,96±0,06 0,74±0,07 2,03±0,03
Сорт Вариант Количество клубеньков, шт/рас- Масса клубеньков, мг/ растение Нитрогеназная активность, нмоль/1 г
Солнечная Совместная инокуляция 17,8±1,3 131,7±2,4 147,0±9,5
Раздельная инокуляция 2,8±0,9 28,0±1,2 54,0±5,8
Спринт Совместная инокуляция 8,2±1,1 106,6±1,9 87,0±4,2
Раздельная инокуляция 3,0±1,6 33,0±1,1 31,0±6,4
дерново-подзолистой окультуренной почве с растениями сои сортов Солнечная и Спринт. Сою инокулировали клубеньковыми бактериями В. japоnicum в форме препарата ризоторфин (производство ВНИИСХМ) и АМ грибом G. intraradices (коллекция ВНИИСХМ) в виде микоризованных корней Р1ейгап^и8 аиз^еПз. Растения заражали 2-мя способами: раздельной и совместной инокуляцией. При раздельной инокуляции предварительно простерилизованные семена сои обрабатывали препаратом ризотор-фин, а инокулюм гриба вносили в почву. Совместную инокуляцию проводили следующим образом: ризоторфин смешивали с инокулюмом гриба, добавляли стерильную воду, после чего с прилипателем ПВА наносили на семена сои. Контролем служили неинокулированные растения. Продолжительность эксперимента составила 96 суток. В конце вегетации определяли массу корней, листьев, стеблей, зерна, а также концентрацию азота и фосфора в органах растений [7]. На основании полученных данных рассчитывали поступление N и Р в органы растений сои. Для оценки формирования ризобиальной компоненты симбиоза в фазу формирования бобов учитывали количество и массу клубеньков на корнях сои. Интенсивность азотфиксации определяли газохроматографическим методом [1].
Для изучения пресимбиотической стадии развития гриба G.intraradices был поставлен модельный опыт с использованием мембранных камер. При моделировании совместного заражения на мембранный фильтр прикрепляли семя сои, инокулированное клубеньковыми бактериями. Предварительно на поверхность фильтра наносили везикулы АМ гриба. Подготовленные фильтры закрепляли на предметном стекле, которое помещали в мешочек из мельничного газа. Затем камеры погружали в почву в вегетационных сосудах. В случае раздельной инокуляции обработанные клубеньковыми бактериями семена помещали в почву в центре сосуда, а мембранные камеры, в которые были внесены везикулы G. intraradices, - на расстояние 10 см от семян. Продолжительность эксперимента - 10 суток. Камеры вынимали в динамике, фильтры окрашивали и просматривали с помощью светового микроскопа. Учитывали количество проросших везикул и уровень развития мицелия G. intraradices [3].
Уровень развития гриба в растениях оценивали в конце эксперимента, для чего отбирали корни сои, окрашивали и микроскопировали. Учитывали интенсивность развития микоризной инфекции, обилие везикул и арбускул [3].
При анализе полученных результатов использовали методы математической статистики [6].
Результаты исследований.
При обоих способах инокуляции общая биомасса растений и масса зерна увеличилась по сравнению с контролем без заражения (табл. 1). На фоне сортовых различий проявилось специфическое действие каждого способа инокуляции на развитие растений. Так, корневая система сои развивалась лучше при раздельной инокуляции, чем при совместной.
Напротив, формирование стеблей и листьев стимулировалось в варианте с совместным заражением. Наряду с этим, по таким хозяйственно ценным показателям, как общая биомасса и урожай зерна, влияние способа инокуляции проявилось только у сорта Солнечная: максимальные значения были получены при совместном заражении.
При инокуляции обоими способами увеличение общей биомассы и массы зерна сои не привело к снижению концентрации азота и фосфора в органах растений. Напротив, содержание азота возросло в корнях, стеблях и листьях, а содержание фосфора - в корнях, стеблях, листьях и зерне обоих сортов, по сравнению с контролем. Концентрация азота в зерне увеличилась только у сорта Спринт. Способ заражения не влиял на содержание
азота, но оказывал действие на содержание фосфора в растениях: показатели в корнях и семенах были выше при совместной инокуляции.
Поступление азота и фосфора в растения сои увеличилось при обоих способах инокуляции, по сравнению с вариантом без заражения (табл. 2, 3). Количества поступивших азота и фосфора в пересчете на общую биомассу растений и в зерне зависели от способа заражения: у обоих сортов сои максимальные значения были получены при совместной инокуляции.
Таким образом, несмотря на сортовые различия, по многим показателям совместный способ инокуляции оказался более эффективным, чем раздельный. Мы предположили, что это связано с различиями во взаимодействии между клубеньковыми бактериями и АМ грибом
при формировании и функционировании тройного симбиоза в зависимости от способа заражения.
Оценка развития ризобиальной компоненты симбиоза показала, что количество клубеньков на корнях сои и их масса были значительно выше при совместной инокуляции, чем при раздельной (табл. 4). В варианте с совместным заражением возрастала и нитрогеназная активность клубеньков (табл. 4).
Эндомикоризная компонента симбиоза на пресимбиотической стадии также более активно развивалась при совместном нанесении микроорганизмов на семена: в этом варианте количество проросших везикул G. intraradices и интенсивность развития мицелия были выше, чем при раздельной инокуляции (рис. 1, 2). Ускорение развития гриба в почве, которое наблюдалось при совместной инокуляции, обеспечивало больше точек контакта микромицета с корнями сои и более активное формирование симбиоза [12]. Однако активизация развития гриба на пресимбиотической стадии не привела к увеличению количества G. intraradices в корне. Напротив, в корнях сои интенсивность развития G. ntraradices была выше в варианте с раздельным заражением (табл. 5). Эти результаты согласуются с раннее полученными данными о том, что при формировании эффективного тройного симбиоза интенсивность развития АМ гриба в корне ограничена; очень активное развитие микромицета приводит к снижению эффективности симбиотической системы [4].
Выводы
Таким образом, при совместном способе инокуляции увеличилось количество клубеньков и возросла их активность, а также ускорилось развитие АМ гриба на пресимбиотической стадии, что привело к формированию более эффективного симбиоза, чем при раздельном заражении.
На основании полученных результатов следует рекомендовать совместное нанесение на семена клубеньковых бактерий и эндомикоризного гриба при инокуляции растений сои. Наряду с этим, обнаруженные сортовые различия в реакции растений на заражение свидетельствуют о необходимости подбора наиболее оптимального способа инокуляции для каждого сорта.
Агрономия
Таблица 5
Влияние способа инокуляции на развитие G. intraradices в корнях сои
Сорт Инокуляция Интенсивность развития микоризной инфекции, % Обилие везикул, % Обилие арбу- скул, %
Солнечная Совместная инокуляция 18,3±1,6 6,6±0,9 0
Раздельная инокуляция 26,5±3,2 10,4±1,2 13,7±1,1
Спринт Совместная инокуляция 11,1±2,2 4,6±0,6 0
Раздельная инокуляция 19,8±2,8 6,5±0,8 9,1±0,7
Уровень развития мицелия, баллы
солнечная совместная инокуляция спринт совместная инокуляция
— солнечная раздельная инокуляция
— спринтраздельная инокуляция
Рисунок 1
Влияние способа инокуляции на прорастание везикул G. intraradices в почве
В0
70
60
50
40
З0
20
10
0
Количество
проросших
везикул,%
_________________________________________________________________________Сутки
3 6 10
солнечная совместная инокуляция-------------солнечная раздельная инокуляция
спринт совместная инокуляция----------------спринт раздельная инокуляция
Рисунок 2
Влияние способа инокуляции на интенсивность уровень развития
мицелия G. intraradices в почве
П
Литература
Физико-химческие методы в агрохимии и биологии почв
учеб. пособие. СПб.
1. Банкин М. П., Банкин Т. А.,Коробейникова Н.
Изд-во С.-Петерб.ун-та, 2005. 177 с.
2. Борисов А. Ю., Наумкина Т. С., Штарк О. Ю. [и др.]. Эффективность использования совместной инокуляции гороха посевного (Pisum sativum L.) грибами арбускулярной микоризы и клубеньковыми бактериями для повышения продуктивности растений в устойчивом экологически ориентированном земледелии // Докл. РАСХН. 2004. № 2. С. 12—14.
3. Лабутова Н. М. Методы исследования арбускулярных микоризных грибов : методические рекомендации. СПб. : Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2000. 23 с.
4. Лабутова Н. М., Дудик О. А., Кочетков В. В., Белоусов В. С., Боронини А. М. Взаимоотношения бактерий рода Pseudomonas и эндомикоризного гриба Glomus intraradices в ризосфере сорго // Микология и фитопатология. 2006. Т. 40. Вып.1. С. 66—73.
5. Лабутова Н. М., Поляков А. И., Лях В. А., Гордон В. Л. Влияние инокуляции клубеньковыми бактериями и эндомикоризным грибом Glomus intraradices на урожай различных сортов сои и содержание белка и масла в семенах // Докл. РАСХН. 2004. № 2. C. 10—12.
6. Лакин С. Ф. Биометрия : учеб. пособие для биол. вузов. М. : Высш. школа, 1990. 352 с.
7. Практикум по агрохимии : учеб. пособие. 2-е изд., перераб. и доп. / Под ред. академика РАСХН В. Г Минеева. М. : Изд-во МГУ, 2001. 689 с.
8. Тихонович И. А., Проворов Н. А. Симбиозы растений и микроорганизмов: молекулярная генетика агросистем будущего. СПб. : Изд-во СПбГУ, 2009. 210 с.
9. Штарк О. Ю., Казаков А. Е., Прилепская Н. А., Борисов А. Ю., Тихонович И. А. [и др.]. Анализ исходного материала гороха посевного (Pisum sativum L.) для селекции сортов с высоким симбиотическим потенциалом и выбор параметров для его оценки // Экологическая генетика. 2006. T. 4. № 2. С. 22—28.
10. Barea J. M., Tobar R. M., Azcon-Aguilar C. Effect of a genetically-modified Rhizobium meliloti inoculant on the development of arbuscular mycorrhizas, root morphology, nutrient uptake and biomass accumulation in Medicago sativa. L. // New Phytol. 1996. Vol. 134. P. 361—369.
11. Celik I., Ortas I., Kilic S. Effects of compost, mycorrhiza, manure and fertilizer on some physical properties of a Chromoxerert soil // Soil and Tillage Research. 2004. No 78. P. 59—67.
12. Van Aarie I. M., Olsson P. A. Fungal lipid accumulation and development of mycelial structures by two arbuscular myccorrhizal fungi // Appl. Environ.Miccrobiol. 2003. V. 69. № 11. P. 6762—6767.
0
