CC BY
163БИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ
УДК 633.63:631.416.1:576.851.11
ВНЕСЕНИЕ В ПОЧВУ АЗОТФИКСИРУЮЩЕЙ БАКТЕРИИ PSEUDOMONAS FL UORESCENS116 И ДИНАМИКА ДОСТУПНЫХ ФОРМ АЗОТА В ПОСЕВАХ САХАРНОЙ СВЁКЛЫ
Н.В. Безлер, д.с.-х.н., М.Ю. Петюренко, А.С. Хуссейн, к.б.н., ВНИИ сахарной свёклы и сахара имени А.Л. Мазлумова
С поверхности корней сахарной свеклы выделена бактерия вида Pseudomonas fluorescens штамм 116. Установлена ее способность к фиксации азота. Определено, что ее интродукция в посевах сахарной свёклы повышает содержание щелочногидролизуемого и нитратного азота в почве. Отмечено положительное влияние штамма на продуктивность культуры.
Ключевые слова: Pseudomonas fluorescens, сахарная свёкла, щелочногидролизуемый азот, нитратный азот, продуктивность.
В последнее время для стимуляции роста растений и повышения продуктивности сельскохозяйственных культур все чаще применяют различные микроорганизмы, в том числе ризосферные флюоресцирующие бактерии рода Pseudomonas. Их относят к группе PGPR (Plant Growth-Promoting Rhizobacteria) - ризобактерий, способствующих росту растений. Ризосферные псевдомонады активно колонизируют корни растений, многие обладают антагонистической активностью по отношения к фитопатогенам за счет синтеза разнообразных антибиотиков и сидерофоров, а так же являются активными продуцентами фитогормонов [3]. У представителей данного рода обнаружена способность к фиксации азота. Установлено, что некоторые штаммы псевдомонад могут быть добавлены в список азотфиксаторов на основании выявленного у них nifH гена, ответственного за азотфиксацию [7]. В ряде вегетационных опытов показано, что внесение псевдомонад в почву способствует повышению урожаев ряда сельскохозяйственных культур, в том числе столовой и сахарной свёклы [4-6].
Цель исследований - изучить влияние аборигенного штамма бактерии Pseudomonas fluorescens 116 для чернозема выщелоченного, выделенного с поверхности корней сахарной свёклы, при его интродукции в почву на динамику накопления в почве подвижных форм азота и продуктивность культуры.
Методика. Ранее авторами статьи было выделено 13 штаммов бактерий рода Pseudomonas из почвы, ризосферы и поверхности корней в посевах сахарной свёклы. Идентификация выделенных штаммов была проведена с помощью ПЦР анализа, который подтвердил, что все 13 штаммов относятся к роду Pseudomonas sp., а 3 из них идентифицированы как P. fluorescens [1].
Для выявления у псевдомонад свойства фиксировать азот атмосферы их культивировали на среде Эшби не содержащей азот. По результатам проведенных тестов были отобраны 5 штаммов, способных к росту на ней.
Для подтверждения способности этих штаммов к азотфик-сации с помощью молекулярно-генетических методов была проведена полимеразная цепная реакция (ПЦР) с универсальным праймером nfH-univ, позволяющим определять наличие гена nifH, ответственного за фиксацию азота у микроорганизмов [8]. Результат проведенного нами анализа показал наличие ожидаемого продукта реакции с этим праймером, что подтвердило на генетическом уровне способность этих штаммов фиксировать азот.
В чашках Петри в моделируемых условиях был проведен лабораторный опыт, позволяющий выявить накопление ще-лочногидролизуемого азота в почве. Результаты исследова-
ний показали, что в присутствии штамма Р. fluorescens 116 в почве накапливается эта формы азота [2].
На основании результатов лабораторных исследований в 2014-2015 гг. во ВНИИ сахарной свёклы и сахара имени А. Л. Мазлумова был заложен полевой опыт в паровом звене зер-нопаропропашного севооборота с чередованием культур: 1-пар; 2 - озимая пшеница; 3 - сахарная свёкла; 4 - ячмень. Повторность опыта - 4-кратная. Площадь делянки в 2014 г. составила 27 м2 , в 2015 г. - 32,4 м2. Расположение делянок систематическое. Почва - чернозем выщелоченный среднегу-мусный среднесуглинистый на карбонатных лёссовидных суглинках. Почва имела следующие показатели: рНсол. 5,6, содержание гумуса - 5,5%, щелочногидролизуемого азота -52 мг/кг почвы, обменного калия - 8,1, подвижного фосфора -10,3 мг/100 г почвы.
Удобрения под сахарную свёклу применяли осенью в дозе N¡0(^10(^100. Технология возделывания культуры - общепринятая для ЦЧЗ. Штамм бактерии Р. fluorescens 116 вносили под предпосевную культивацию в виде водной суспензии (использовали водопроводную воду) с титром 1010 КОЕ/мл. Расход рабочей жидкости - 200 л/га. Для посева использовали семена сахарной свёклы гибрида РМС 120.
Погодные условия в период проведения эксперимента складывались неблагоприятно (табл.1).
1. Гидротермический коэффициент (ГТК) в период проведения _исследований_
Месяц 2014 г. 2015 г.
Май 0,70 Очень засушливый 0,75 Засушливый
Июнь 1,50 Влажный 1,10 Слабо засушливый
Июль 0,05 Сухой 1,50 Влажный
Август 0,55 Очень засушливый 0,33 Очень засушливый
Сентябрь 0,08 Сухой 0,32 То же
ГТК вегетационного периода 0,57 0,96
ГТК вегетационного периода в 2014 г. составил 0,57, а в 2015 г. - 0,96. Сухая погода в 2014 г. в фазы начального и интенсивного роста сахарной свёклы, а также отсутствие осадков в этот период отразились на ее последующем развитии и, в итоге, на эффективности внесённого штамма. Так, влажность почвы в конце июля 2014 г. составила 21,3%, в середине августа 11,5, в начале октября всего лишь 10,5%. Более благоприятная ситуация сложилась в первой половине вегетационного периода 2015 г. за счет значительного количества осадков. Влажность почвы составила в конце июля 26,6%, в начале августа 18,9, а в конце сентября 12,9%.
Таким образом, погодные условия 2015 г. в начале вегетации культуры складывались благоприятно для внесённого штамма.
Результаты и их обсуждение. В агрономическом отношении большой интерес представляет содержание щелочногид-ролизуемого азота в почве, определяемого по методу Корн-филда. Это форма, по существу, характеризует количество потенциально доступного для растений азота, что отражает уровень эффективного плодородия.
Наблюдение за динамикой содержания в почве щелочно-гидролизуемого азота показало, что интродукция в почву штамма Р. Аиотезсет 116 в посевах сахарной свёклы способствовала накоплению этой формы азота.
В первый год исследований, при внесении псевдомонад под предпосевную культивацию, содержание щелочногидро-лизуемого азота в почве было выше, чем на контроле на протяжении всего периода вегетации: в фазе смыкания междурядий - на 10,3 мг/кг (на контроле 63,3 мг/кг), в период интенсивного роста - на 21,1 (на контроле 58,1 мг/кг), перед уборкой - на 2,4 мг/кг (на контроле 74,5 мг/кг) (рис. 1).
Рис.1. Динамика содержания щелочногидролизуемого азота в почве
по годам исследований, мг N0^^ а.с.п. НСР05: по году - 2,6, по сроку наблюдений - 3,2, по влиянию штамма
- 4,2.
Во второй год исследований положительная тенденция к накоплению щелочногидролизуемого азота сохранялась. Так, в июне, в фазе смыкания междурядий отмечено увеличение содержания этой формы азота на 11,5 мг/кг (на контроле 81,5 мг/кг). В период интенсивного роста сахарной свеклы, содержание щелочногидролизуемого азота в почве составляло 82,6 мг/кг и было близко к его содержанию на контроле (83,4 мг/кг). Вероятно, это связано с активными микробиологическими процессами в почве и более энергичным ростром культуры благодаря оптимальному температурно-влажностному режиму (ГТК 1,5), сложившемуся в этот период.
К концу вегетации сахарной свёклы внесенный штамм способствовал накоплению изучаемой формы азота, составившему 14,7 мг/кг (на контроле 60,2 мг/кг).
Щелочногидролизуемый азот используется и в процессе нитрификации. Для того, чтобы установить способствует ли в наших условиях повышение количества первой формы азота накоплению нитратного, определяли динамику содержания последнего в почве. Результаты анализа показали, что при использовании штамма Р. /1иогезсет 116 содержание нитратного азота в почве увеличилось в конце июня на 1,0 мг/кг (на контроле 4,3 мг К03/кг). К началу июля, в период интенсивного роста сахарной свёклы, наметившаяся тенденция сохранялась: его содержание возросло на 1,7 мг/кг по отношению к контролю (3,4 мг К03/кг). Немалую роль в этот период сыграли и благоприятные температурно-влажностные условия, способствовавшие активной минерализации органических остатков и последующей нитрификации. К концу июля содержание нитратного азота было несколько больше после использования штамма Р. /1иогезсет 116, чем на контроле (4,0 мг ЫОз/кг) и составило 4,5 мг К03/кг (рис.2).
В дальнейшем, с августа по сентябрь, в связи с понижением температуры и отсутствием осадков активность микроорганизмов падала. В результате содержание нитратного азота в почве снижалось и практически стабилизировалось на уровне контроля: в начале августа составив 3,9 мг/кг (на контроле 3,7 мг К03/кг), а в начале сентября - 3,2 мг/кг (на контроле 3,1 мг ЫОз/кг). Вероятно, это связано и с продолжением активного роста сахарной свёклы в этот период.
Рис. 2. Динамика содержания нитратного азота в почве (2015 г.)
НСР05: по сроку наблюдений - 0,27, по влиянию штамма - 0,27.
Таким образом, проведенные исследования показали, что внесенный в почву под предпосевную культивацию сахарной свёклы штамм Р. /1иогезсет 116, способствовал накоплению щелочногидролизуемого азота на протяжении всего периода вегетации культуры, а также нитратного азота в почве в первой половине вегетации. Это положительно сказалось на питании культуры и формировании урожая.
В результате, благодаря внесению нового штамма Р. Аиотезсет 116, в посевах сахарной свеклы проявилась тенденция к росту урожайности корнеплодов. В 2014 г. она увеличилась на 2,1 т/га, а в 2015 г. - на 6,3 т/га. При этом сахаристость корнеплодов практически не изменялась и колебалась в 2014 г. в пределах 18,9-18,8 %, а в 2015 г. - 21,1-20,9 %. В соответствии с ростом урожайности сахарной свеклы вырос и сбор сахара: в 2014 г. - на 0,3 т/га, в 2015 г. на - 1,2 т/га (табл.2).
2. Влияние внесения штамма Р. Аиотеъсет 116 на продуктивность
Вариант опыта Урожайность, т/га Сахаристость, % Сбор сахара, т/га
2014 г.
Контроль 27,3 18,9 5,2
P. fluorescens 29,4 18,8 5,5
116
2015 г.
Контроль 30,7 21,1 6,5
P. fluorescens 37,0 20,9 7,7
116
НСР05:
по влиянию года 2,39 0,39 0,48
по влиянию 2,93 Нет 0,59
штамма
Таким образом, использование в технологии возделывания сахарной свеклы на черноземе выщелоченном штамма ризо-сферной бактерии P. fluorescens 116, обладающей способностью к фиксации азота, пополняло почву доступным для растений азотом, что в итоге сказалось и на продуктивности культуры. Применение ризосферных бактерий, фиксирующих азот, улучшает питание культуры, существенно снижает негативную нагрузку на окружающую среду минеральных удобрений. Поэтому, целесообразно использовать полученные новые штаммы бактерий рода Pseudomonas, выделенные из агроценоза сахарной свеклы и обладающие рядом полезных свойств в технологии возделывания культуры. Литература
1. Безлер Н.В., Хуссейн А.С., Петюренко М.Ю. ПЦР идентификация и генетическое разнообразие Pseudomonas fluorescens, выделенных из агроценоза сахарной свёклы (Beta vulgaris L.) // Вестник ВГУ. - 2016. - № 1. - С. 43 - 49.
2. Безлер Н.В., Петюренко М.Ю. Внесение в почву азотфиксирующих бактерий рода Pseudomonas и динамика щелочногидролизуемого азота // Биологизация земель в адаптивно-ландшафтной системе земледелия: Материалы Всероссийской научно-практической конференции Белгородского научно-исследовательского института сельского хозяйства 14-17 июля 2015 г. - Белгород: Отчий край, 2015. - С. 289 -292.
3. Боронин А.М. Ризосферные бактерии рода Pseudomonas, способствующие росту и развитию растений // Соросовский образовательный журнал. - 1998. - № 10. - С. 25 - 31.
4. Минеев В.Г., Шабаев В.П., Сафрина О.С., Смолин В.Ю. Влияние бактерий рода Pseudomonas на урожай столовой свёклы и вынос азота
растениями // Доклады ВАСХНИЛ. - 1991. - № 9. - С. 26 - 31.
5. Минеев В.Г., Сафрина О.С., Шабаев В. П. Химический состав растений столовой свёклы, инокулированных бактериями рода Pseudomonas // Доклады ВАСХНИЛ. - 1991. - № 10. - С. 21 - 26.
6. Шабаев В.П. Влияние инокуляции сахарной свёклы ростстимули-рующими ризосферными бактериями рода Pseudomonas на урожай и качество растений // Агрохимия. - 2008. - №4. - С. 35 - 42.
7. Chan, Y.K .,Barraquio W. L., Knowles R N2 - fixing pseudomonads and related soil bacteria // FEMS Microbiol. Rev. 1994. p. 95 - 117.
8. Helmut B, Widmer F., Von Sigler W., Zeyer J.New Molecular Screening Tools for Analysis of Free-Living Diazotrophs in Soil // Applied and environmental microbiology Jan. 2004, Vol. 70, No. 1. p. 240 - 247
SOIL APPLICATION OF NITROGEN-FIXING BACTERIA PSEUDOMONAS FLUORESCENS 116 AND THE DYNAMICS
OF AVAILABLE NITROGEN FORMS IN SUGAR BEET FIELDS
N.V. Bezler, M. Yu. Petyurenko, A.S. Khussein, Mazlumov All-Russian Research Institute of Sugar Beet and Sugar VNIISS 86, Ramon district, Voronezh oblast, 396030 Russia, e-mail: [email protected]
Bacterium of the Pseudomonas fluorescens genus, strain 116, has been isolated from sugar beet root surface. Its nitrogen-fixing ability has been revealed. It has been determined that its introducing into sugar beet fields increases the contents of alkali-hydrolyzable and nitrate nitrogen in the soil. Positive influence of the strain on crop yield has been noted.
Keywords: Pseudomonas, Р. fluorescens, sugar beet, alkali-hydrolyzable nitrogen, nitrate nitrogen, productivity.
