Содержание к диссертации
Введение
1. Литературный обзор
1.1 Биологические особенности и хозяйственная ценность козлятника восточного 8
1.2 Роль почвенно-климатических факторов и штамма в формировании эффективного бобово-ризобиального симбиоза 19
1.3 Перспективы комплексной инокуляции семян бобовых растений 30
Заключение по литературному обзору 39
2. Объекты и методы исследования.
2.1 Характеристика используемого сорта козлятника восточного 41
2.2 Характеристика используемых в опытах симбиотических и ассоциативных штаммов бактерий 42
2.3 Почвенно-климатические условия проведения эксперимента 44
2.4 Методика закладки и проведения вегетационных и полевых опытов 50
2.5 Физиологические, агрохимические и микробиологические методы исследований 53
3.0 Эффективность инокуляции семян козлятника восточного бактериальными штаммами 56
3.1 Влияние различных штаммов Rhizobium galegae на ростовые процессы растений 61
3.2 Влияние комплексной инокуляции на ростовые процессы растений 67
3.3 Продуктивность и качество урожая козлятника восточного при использовании симбиотических и ассоциативных штаммов бактерий 74
4.0 Влияние возрастающих доз фосфорно-калийных удобрений на состояние симбиотического аппарата и ростовые процессы козлятника восточного 85
4.1 Состояние симбиотического аппарата 88
4.2 Ростовые процессы растений 91
4.3 Продуктивность козлятника восточного и содержание основных минеральных элементов питания (азота, фосфора и калия)
в надземных органах 96
5.0 Влияние дражирования семян на всхожесть, ростовые процессы, нитрогеназную активность и продуктивность козлятника восточного 107
6.0 Некоторые особенности биологии разновозрастных растений козлятника восточного 120
6.1 Интенсивность побегообразования козлятника восточного в зависимости от агротехнических приемов (инокуляция, минеральное питание) 120
6.2 Водный режим разновозрастных посевов козлятника восточного 125
Заключение 131
Выводы 136
Литература 139
Приложение 166
- Роль почвенно-климатических факторов и штамма в формировании эффективного бобово-ризобиального симбиоза
- Перспективы комплексной инокуляции семян бобовых растений
- Характеристика используемых в опытах симбиотических и ассоциативных штаммов бактерий
- Влияние комплексной инокуляции на ростовые процессы растений
Введение к работе
Актуальность исследования. В настоящее время проблема кормов с высоким содержанием белка для животноводства по-прежнему является актуальной. Расширение площадей таких традиционных многолетних бобовых культур, как клевер и люцерна, сдерживается их крайне неустойчивым семеноводством и быстрым изреживанием посевов. Поэтому внедрение в производство кормов новых высокобелковых культур может стать существенным резервом в решении данного вопроса.
Козлятник восточный (Galega orientalis L.) — перспективная сельскохозяйственная культура, которая приобретает все более широкое распространение. В структуре многолетних бобовых трав (клевер, люцерна) данная культура выгодно выделяется рядом ценных хозяйственных и эколого-биологических особенностей. Одна из них — способность долго расти на одном месте (10 лет и более) без изреживания и без снижения продуктивности, и вторая — способность к интенсивной азотфиксации, что позволяет исключить внесение азотных удобрений.
Однако для получения высокого азотфиксирующего эффекта необходимо выявить штамм клубеньковых бактерий, наиболее соответствующий данному сорту растений. Перспективным направлением в повышении эффективности бобово-ризобиального симбиоза является использование комплексов клубеньковых бактерий с определенными штаммами ассоциативных бактерий. Хорошо подобранные комплексы обладают более высокой азотфиксирующей активностью и устойчивы к влиянию внешних неблагоприятных условий.
Другим важным фактором для интенсификации данного процесса и повышения продуктивности культуры является обеспеченность посевов фосфором и калием. При многолетнем возделывании козлятника рационально вносить удобрения (фосфорно-калийные) в запас, в расчете на несколько лет, что ведет к значительной экономической выгоде.
Цель и задачи исследований. Цель настоящей работы заключалась в исследовании ростовых процессов, минерального питания и повышении продуктивности козлятника восточного на основе выявления эффективных штаммов ризобий, их комплексов с ассоциативными ризобактериями и оптимизации фосфорно-калийного питания растений.
В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи:
Выявить эффективные бактериальные комплексы ризобий с ассоциативными ризобактериями, проявляющие стимулирующий эффект на прорастание семян и рост проростков.
Изучить влияние различных штаммов Rhizobium galegae и их комплексов с ассоциативными штаммами бактерий на нитрогеназную активность, продуктивность и качество урожая козлятника восточного.
Установить оптимальную дозу фосфорно-калийных удобрений, вносимых в запас, для обеспечения высокого азотфиксирующего потенциала и получения максимального урожая.
Оценить влияние способов дражирования на всхожесть семян, ростовые процессы и продуктивность козлятника восточного.
Исследовать некоторые показатели водного режима разновозрастных растений козлятника.
Изучить интенсивность побегообразования у козлятника восточного в зависимости от агротехнических приемов (инокуляция, минеральное питание).
Научная новизна. Выявлены эффективные штаммы ризобий, обеспечивающие высокий уровень симбиотической азотфиксации, рост урожайности и белковой продуктивности козлятника. Установлена высокая эффективность инокуляции козлятника восточного комплексом симбиотических бактерий Rhizobium galegae и ассоциативных ризобактерий Arthrobacter mysorens, шт.7 и Klebsiella mobilis, шт. П880. Использование подобранных комплексов бактерий повышает интенсивность азотфиксации, величину и качество урожая в сравнении с моноинокуляцией.
Впервые в условиях Северо-Запада России проведены научные исследования по определению оптимальной дозы фосфорно-калийных удобрений, вносимых в запас на дерново-подзолистых почвах, при многолетнем выращивании на одном месте (5 лет) козлятника восточного.
ТаКОЙ ДОЗОЙ ЯВЛЯеТСЯ Pi8oKl80 (до Р24оКг4о) Выявлены перспективные способы дражирования семян козлятника восточного, с включением в состав наполнителя определенных штаммов микроорганизмов.
Практическая значимость. Практическая значимость результатов исследований состоит в том, что использование рекомендуемых доз фосфорно-калийных удобрений и биопрепаратов позволяет в 1,5-2 раза повысить азотфиксирующий потенциал и увеличить продуктивность козлятника восточного в 2-2,5 раза без затрат азотных удобрений.
Применение дражированных семян, с включением в состав оболочки драже определенных штаммов микроорганизмов, способствует повышению их всхожести, росту растений, азотфиксирующей активности ризобактерий и увеличению урожая козлятника восточного. Дополнительная предпосевная инокуляция дражированных семян штаммами ризобий оказывает еще более значительный эффект.
На основе изучения побегообразования растений козлятника показана зависимость интенсивности данного процесса от инокуляции бактериальными штаммами и фосфорно-калийного питания, что имеет важное практическое значение для регуляции побегообразования и поддержания оптимальной плотности стеблестоя козлятника.
Основные положения выносимые на защиту. 1. Использование соответствующих бактериальных штаммов ризобий и их комплексов с ассоциативными ризобактериями повышает интенсивность азотфиксации, рост растений и урожай козлятника восточного.
Возрастающие дозы фосфорно-калийных удобрений до определенного уровня (Pi8oKi8o и Р240К240) положительно влияют на продуктивность посева и накопление основных минеральных элементов (азота, фосфора и калия) в растительной массе.
При многолетнем выращивании козлятника на одном месте целесообразно внесение фосфорно-калийных удобрений в запас.
Дражирование семян способствует повышению их всхожести и продуктивности козлятника восточного.
Хорошая обеспеченность растений фосфорно-калийным питанием и инокуляция семян эффективными штаммами диазотрофов усиливает побегообразование и предотвращает изреживание посевов.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на научных конференциях профессорско-преподавательского состава Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена в 2002-2004 годах, на межвузовской научно-практической конференции «Проблемы методики обучения биологии и экологии в условиях модернизации образования» (Санкт-Петербург, 2004), на V съезде общества физиологов растений России и Международной конференции «Физиология растений -основа фитобиотехнологии» (Пенза, 2003), на научно-практической конференции молодых ученых «Современные проблемы естествознания - 2004. Агробиотехнологии» (Владимир, 2004).
Публикация результатов исследований. По материалом исследований опубликовано 7 работ (одна находятся в печати).
Объем работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, описания объектов и .методов исследования, экспериментальной части, содержащей 4 главы, заключения, выводов, приложения и списка литературы.
Работа изложена на 170 страницах машинописного текста, содержит 38 таблиц, 11 рисунков. Список литературы включает 293 наименований, в числе которых 66 - на иностранном языке.
Роль почвенно-климатических факторов и штамма в формировании эффективного бобово-ризобиального симбиоза
Усиление биологической фиксации атмосферного азота растениями обуславливает повышение их продуктивности, экономию минеральных азотных удобрений, снижение концентрации нитратов в продукции и уменьшение загрязнения окружающей среды оксидами азота. Поэтому в настоящее время на первый план выдвигается проблема обеспечения сельского хозяйства биологическим азотом (Трепачев, 1999; Кожемяков, Тихонович, 1998).
Для бобовых культур важнейшей группой микроорганизмов, вступающей в симбиоз с растениями, являются клубеньковые бактерии. Увеличение доли биологического азота, и повышение продуктивности бобовых культур основано на применении препаратов клубеньковых бактерий. Наиболее распространенная форма таких препаратов в земледелии России - ризоторфин, представляющий культуру активных штаммов клубеньковых бактерий на торфяной основе. При использовании ризоторфина у бобовых культур накопление биологического азота возрастает на 30-60%, по отношению к небактеризованному варианту (Хотянович, 1985; Кожемяков, 1997; Dauson, 1970; Jordan D.C., 1984). Однако в естественных условиях выращивания, когда проявляется негативное действие того или иного внешнего фактора, эффективность симбиоза падает и размеры азотфиксации снижаются. В этой связи выявление и создание оптимальных условий для взаимодействия бактериального штамма и сорта растений, в ризосфере которого развивается внесенный штамм, может стать той основой, которая позволит максимально использовать атмосферный азот для получения высоких урожаев.
В настоящее время, в исследованиях Л.М. Доросинского (1970, 1985), Е.Н. Мишустина, В.К. Шильниковой (1973), Н.И. Мильто (1982), О.А. Берестецкого (1983), Г.С. Посыпанова (1985), А.П. Кожемякова (1989), Л.Ф. Васюк (1989), Nutman (1976) и др., достаточно полно изучены и установлены оптимальные условия для бобово-ризобиального симбиоза: наличие специфического, вирулентного и активного штамма ризобий, генетически совместимого с сортом растения-хозяина, приход ФАР и освещенность растений, кислотность, температурный, водный и воздушный режимы почвы, содержание в ней необходимого количества макро- и микроэлементов и т.д. В условиях Северо-Запада России главным фактором, ограничивающим активность бобово-ризобиального симбиоза, является кислая реакция почвы. Повышенная кислотность почв ограничивает эффективное возделывание растений приблизительно на 25% посевных площадей. Высокая кислотность снижает выживание ризобий в почве и на семенах, ухудшает прикрепление бактерий к инфицируемым корневым волоскам, а также ингибирует развитие растений. Эти эффекты могут быть связаны не только с действием самих ионов водорода, но и с повышением токсического действия алюминия и марганца, а также со снижением доступности молибдена, кальция, фосфора, кобальта (Барбер, 1988; Glenn, Dilworth, 1993).
Для большинства видов клубеньковых бактерий оптимальное значение рН находится в пределах 6,5-7,5. При величине рН 3,5 погибают бактерии всех штаммов ризобий, при рН 4,5-5 и 8 рост их задерживается. Однако различные культуры предъявляют неодинаковые требования к уровню кислотности почв (Вавилов, Посыпанов, 1983). Так, при рН 4,0 люпин желтый формирует достаточно активные клубеньки и удовлетворительно фиксирует азот, а на корнях сои, фасоли нута не обнаруживаются клубеньки даже при инокуляции, внесении фосфора, калия и микроэлементов (Мильто, 1982; Посыпанов, 1985, 1989). Причины различия штаммов по кислотоустойчивости могут быть связаны с поддержанием рН цитоплазмы, накоплением совместимых растворов, проницаемостью мембран, метаболизмом кальция и выбросом протонов (Graham et. al., 1994; Tikhonovich et.al., 1995). Таким образом, чтобы обеспечить максимальную фиксацию азота воздуха, необходимо установить параметры условий эффективного бобово-ризобиального симбиоза для каждой культуры.
На основании исследований, проведенных Г.С. Посыпановым, В.И. Скоблиной, Н.Г. Тазиной (1991), можно заключить, что: при рН 4,4 симбиоз у козлятника восточного сильно ослаблен, клубеньки образуются мелкие, слаборозовой окраски; при рН 5,0 и 5,5 симбиоз ослаблен, активные клубеньки имеют более интенсивную окраску, количество образовавшихся клубеньков приближается к их числу в вариантах с рН 6,0 и 6,5; при рН 6,0 и 6,5 —условия благоприятны для фиксации азота, развивается мощный симбиотический аппарат. При показателях почвы ниже этого уровня необходимо проводить известкование для получения высоких урожаев. Оптимизация основных почвенных параметров за счет известкования и внесения микроудобрений повышала симбиотическую деятельность многолетних бобовых трав и их урожайность на 40-50% (Петрова, 2001). Следующим очень важным фактором, оказывающим решающее влияние на активность симбиоза, является влагообеспеченность. Как считают Е.Н.
Перспективы комплексной инокуляции семян бобовых растений
В природных условиях в ризосфере растений развиваются сложные по составу популяции микроорганизмов, включающие разнообразные таксономические группы. Поэтому одним из решающих факторов активного функционирования азотфиксаторов является их взаимодействие с различными почвенными микроорганизмами. Установлено, что при выделении азотфиксаторов из почвы и ризосферы растений, они часто находятся в ассоциации с другими микроорганизмами. В их состав входят представители родов Arthrobacter, Azotobacter, Bacillus, Pseudomonas, Clostridium (Умаров, 1986). Как правило, такие ассоциации более устойчивы к неблагоприятным условиям среды и обладают более высокой азотфиксирующей активностью по сравнению с чистыми культурами (Умаров, 1986; Белимов, 1990; Глаголева и др., 1994). Благодаря образованию таких ассоциаций диазотрофы лучше приспосабливаются к условиям окружающей среды и имеют ряд преимуществ перед другими бактериями, что способствует их широкому распространению в самых разнообразных экологических условиях (Кожемяков, Белимов, 1991).
В связи с этим, важным шагом на пути повышения симбиотического потенциала бобовых может стать применение клубеньковых бактерий с другими таксономическими группами микроорганизмов. Работы в этом направлении начаты недавно, но они охватывают широкий круг исследований (Кожемяков, 1992; Кожемяков, Тихонович 1998; Belimov et. al., 1995).
Прежде чем перейти к анализу конкретных работ в этом направлении, необходимо коснуться вопроса о корневых выделениях и растительных остатках у бобовых растений. Оценка их важна для выявления обеспеченности ризосферных организмов энергетическим материалом.
Значение бобовых, особенно многолетних, в повышении эффективного потенциального плодородия почвы хорошо известно. Улучшая агрохимические, агрофизические и биологические свойства почвы, бобовые являются лучшими предшественниками для всех культур севооборота. Многолетними исследованиями установлено, что в пожнивно-корневых остатках зернобобовых содержится на 30-40, а у многолетних бобовых трав на 120-200 кг азота/га больше, чем у зерновых злаков. Корневые и пожнивные остатки являются прекрасным материалом для образования гумуса и деятельности микроорганизмов (Кожемяков, Доросинский, 1989; Ladha I.K., 1994).
Е.П. Трепачев, М.С. Ягодина (1985) предложили поправочные коэффициенты для полноты учета органического вещества, оставляемого бобовыми растениями в почве. По их мнению, из учета выпадают тонкие корни, имеющие диаметр менее 1,5 мм, а также прижизненные корневые выделения. Это неучтенное органическое вещество представлено легкогидролизуемыми формами и потому играет в жизнедеятельности почвенных микроорганизмов даже большую роль, чем огрубевшие растительные остатки. Эти поправочные коэффициенты составляют для зернобобовых растений — 1,4; однолетних бобовых трав - 1,3; многолетних бобовых трав — 2,0. Умножая учетную для данной группы бобовых массу пожниво-корневых остатков на соответствующий поправочный коэффициент, можно определить всю величину органического вещества, оставляемого бобовыми в почве. При расчете по данной методике выявляется, что после клевера остается в почве 45-70 ц/га сухого вещества.
Эти и ряд других данных (Кравченко, 1985, 1989, 2000, 2004) показывают, что бобовые растения являются активными продуцентами метаболитов, выделяющихся в ризосферу и играющих основополагающую роль в интеграции растений с микроорганизмами.
Большинство исследований, анализирующих интенсивность корневых выделений, отмечают зависимость ее от многих внутренних (биологических) и внешних факторов. К числу первых относятся генетические (видовые, сортовые) особенности и физиологическое состояние растений, отражающееся на интенсивности фотосинтеза и оттока ассимилятов в корни. Из внешних факторов наиболее существенны освещение, температура, влажность и агрохимические свойства почвы. Они вызывают наибольшие изменения в интенсивности ассимиляции углерода и экзосмоса органических веществ в почву (Кравченко, 2001).
Агрохимические мероприятия, направленные на повышение интенсивности фотосинтеза и продуктивности сельскохозяйственных растений, усиливают корневые выделения и полнее обеспечивают ризосферную микрофлору энергетическим материалом.
Сложные взаимоотношения формируются у клубеньковых бактерий с ризосферной микрофлорой. Одни группы микроорганизмов могут проявлять ингибирующее действие на клубеньковые бактерии, другие стимулирующее. Для практических целей важно сформировать в ризосфере бобовых культур такие ассоциации микроорганизмов, которые бы усиливали минеральное питание растений, особенно за счет биологической азотфиксации, а также стимулировали рост растений, проявляли защитное действие от болезней и повышали урожай (Воробейков, 1998). Одним из направлений работы по созданию эффективных фито-микробных комплексов является применение клубеньковых бактерий совместно с эндомикоризными грибами (Кураков и др., 1985; Голубинская, 1986; Маршунова, 1985, 1987; Муромцев, Маршунова, 1989; Сдобникова и др., 1987; Базилинская, 1990; Шабаев и др., 1995; Hayman, 1978; Azimi et. al., 1980; Young et al., 1988). В этих исследованиях отмечается улучшение фосфорного питания растений и клубеньков за счет микоризных грибов. Наиболее часто используют виды грибов Glomus mosseae, G. fasciculatum, G. diaphanum и G. introradices 7. Под влиянием эндомикориз стимулировалось образование клубеньков и симбиотическая азотфиксация, повышалась активность фотосинтеза бобовых культур, усиливалось поступление фиксированного и поглощенного азота в растения на 20-40% с одновременным увеличением урожайности (Базилинская, 1990; Subba Rao. et. al., 1985; Gianinazzi-Pearson V., 1986; Brown, Bethlenfalvay, 1987). Наиболее отзывчивыми культурами на двойную инокуляцию являются клевер, соя, вика, чечевица. Некоторые бобовые культуры, особенно люпин, не проявляют положительного эффекта на инокуляцию.
Характеристика используемых в опытах симбиотических и ассоциативных штаммов бактерий
Для инокуляции семян использовали торфяные бактериальные препараты, изготовленные в лаборатории экологии симбиотических и ассоциативных ризобактерий Всероссийского НИИ сельскохозяйственной микробиологии (Санкт-Петербург, Пушкин), содержащие 5 штаммов клубеньковых бактерий козлятника Rhizobium galegae (препарат ризоторфин), выделенные из различных природных популяций — штаммы 912 и 914 (Ленинградская область), штамм 913 (Эстония), штамм 918 (г. Орджоникидзе ) и 4 штамма ассоциативных азотфиксирующих ризобактерий - Arthrobacter mysorens штамм 7 (препарат мизорин), Flavobacterium sp. штамм 30 (флавобактерин), Klebsiella mobilis, шт. П880 (мобилин), Agrobacterium radiobacter, штамм 10 (агрофил). РИЗОТОРФИН — высокоэффективный препарат клубеньковых бактерий, предназначенный для инокуляции семян бобовых трав и зернобобовых культур. Разработан совместными усилиями Всероссийского НИИ сельскохозяйственной микробиологии и ВНИИ бактериальных препаратов на Колпинском экспериментально-производственном предприятии (Хотянович, 1985; Список пестицидов и агрохимикатов, разрешенных к применению на территории РФ, 2002). Ризоторфин представляет собой чистую культуру клубеньковых бактерий, размноженную в стерильном, тонко размолотом торфе и поддерживаемую в активном состоянии. Торф стерилизуют радиационным способом с использованием гамма-излучения высокой мощности. Препарат имеет вид увлажненной сыпучей массы темного цвета без специфического запаха. Влажность торфа при изготовлении препарата равна 50...55%, к концу срока хранения допускается снижение содержания влаги на 40%. Ризоторфин содержит не менее 2,5 млрд. активных клеток клубеньковых бактерий в 1 г препарата. Рекомендованная доза ризоторфина - 200 г на гектарную норму семян. Срок годности препарата — 6 месяцев. Экологически безопасен (Хотянович, 1991). АГРОФИЛ — создан на основе штамма, относящегося к роду Agrobacterium radiobacter, штамм 10. В 1 г торфяного содержится 8-12 млрд. клеток бактерий, которые хорошо приживаются в ризосфере риса, пшеницы и других культур.
Препарат находит широкое применение при выращивании растений в условиях открытого и закрытого грунта, повышает устойчивость к инфекциям и увеличивает урожай огурца, томатов, капусты и других культур. В условиях закрытого грунта прибавка урожая овощей от применения агрофила составила 2-4 кг с квадратного метра, в открытом грунте урожай повышается на 20-50 ц/га. Препарат хорошо зарекомендовал себя также при обработке корневой системы клубники, крыжовника, малины и других ягодных культур. ФЛАВОБАКТЕРИН — создан на основе штамма, относящегося к роду Flavobacterium sp штамм 30. В 1 г торфяного бактериального препарата содержится 5-6 млрд. клеток бактерий данного штамма. Отличительной особенностью препарата является широкий спектр действия. Положительные результаты получены в посевах пшеницы, ржи, риса, сорго, кормовых трав, овощных культур. Использование препарата позволяет дополнительно получить 3-5 ц/га зерна, 20-60 ц/га овощей, 60-70 ц/га сахарной свеклы.
При получении безвирусного посадочного материала картофеля, при выращивании его в рулонах, использование флавобактерина увеличивает приживаемость черенков, количество формирующихся микроклубней и снижает пораженность растений фитофторой. МИЗОРИН — создан на основе штамма, относящегося к роду Arthrobacter (A. mysorens, штамм 7). В 1 г торфяного препарата содержится 8-Ю млрд. клеток данного штамма бактерий. Высокая эффективность препарата проявляется в посевах пшеницы, ячменя, риса, сорго, кормовых трав и овощных культур. Обработка препаратом увеличивает всхожесть семян, стимулирует рост и повышает устойчивость растений к корневым гнилям и другим болезням. Благодаря активному связыванию атмосферного азота использование препарата позволяет сократить дозы минерального азота на 30 кг/га. В последние годы выявлена эффективность препарата при выращивании картофеля. Прибавка урожая клубней составила 20-31 ц/га. МОБИЛИН - создан на основе штамма, относящегося к роду Klebsiella (Klebsiella mobilis, штамм 880). Идентифицирован В.Н. Пищик, И.В. Мокроусовой, A.M. Лазаревой, И.И. Черняевой. Ассоциативный азотфиксатор. Инокуляция бактериями К. mobilis различных сельскохозяйственных культур (картофеля, кукурузы, овса, ячменя, проса, яровой пшеницы) в полевых условиях способствовала увеличению урожая от 20 до 50%. Особенно эффективно применение биопрепарата в неблагоприятных экологических условиях (на фоне повышенных концентраций нитратов, тяжелых металлов, радионуклидов). Отмечено снижение уровня нитратов, концентраций и радионуклидов в растениях при улучшении качества продукции. Klebsiella mobilis, штамм П880 проявляет конкурентоспособные и антагонистические свойства по отношению к фитопатогенным бактериям и грибам.
Влияние комплексной инокуляции на ростовые процессы растений
Монокультуры микроорганизмов в природе встречаются очень редко и только в экстремальных условиях (термофильные бактерии горячих источников). Поэтому изучение чистых культур не может дать объективной картины жизнедеятельности любого микроорганизма, поскольку в естественных условиях наблюдается подавление развития одних видов и стимуляция других. Кроме того, соответственным подбором компонентов бактериальной ассоциации можно усилить определенное свойство данного микроорганизма и, таким образом, получить больший выход необходимого продукта (Кадыров, Хайлова, 1982).
Выяснение механизма взаимодействия микроорганизмов в микробных сообществах представляет несомненный теоретический и практический интерес, поскольку намечает пути более полного использования биохимических свойств микробных сообществ (Онофраш и др., 1992).
К улучшению минерального питания бобовых культур и повышению их продуктивности приводит обработка семян клубеньковыми бактериями в комплексе с другими микроорганизмами из разных таксономических групп. Особенно широкие возможности в этом направлении открываются при использовании ассоциативных бактерий-азотфиксаторов (Умаров, 1986).
Причины положительного эффекта комплексной бактеризации семян мало исследованы. Это могут быть синергические отношения с клубеньковыми бактериями, в результате чего усиливается симбиотрофное усвоение молекулярного азота. Ассоциативные бактерии также способны связывать молекулярный азот и обеспечивать им высшее растение. Кроме того, они продуцируют разнообразные физиологически активные вещества (витамины, ауксины, цитокинины и другие), оказывающие стимулирующие действие на азотфиксацию в клубеньках, а также на физиологические процессы в самих растениях, в том числе на фотосинтез и транспорт продуктов ассимиляции в потребляющие органы. Известно также, что некоторые из ассоциативных азотфиксаторов могут угнетать патогенную микрофлору, повышать всхожесть семян и стимулировать рост проростков (Возняковская, 1991; Андреева и др., 1993; Шабаев и др., 1995; Ефимов и др., 1996; Потапова, 1997; Воробейков и др., 1998; Holflich G. et.al., 1992).
В связи этим, перспективным направлением в повышении эффективности бобово-ризобиального симбиоза является использование клубеньковых бактерий в комплексе с ассоциативными штаммами диазотрофов.
Во многих работах отмечается неоднозначность действия смешанных культур бактерий на разные виды бобовых растений. Поэтому проявляется необходимость индивидуального подбора комплексов бактериальных препаратов для обработки каждого вида и даже сорта бобовых культур с обязательным учетом почвенно-климатических условий. Хорошо подобранные бактериальные комплексы обладают более высокой азотфиксирующей активностью и устойчивы к влиянию внешних неблагоприятных факторов (Патил и др., 1990; Шабаев, Смолин, 1995; Витковская и др., 1998).
Многочисленными исследованиями в области физиологии и биохимии растений установлено, что даже кратковременные (как положительные, так и отрицательные) воздействия на семена в период их прорастания вызывают последействие, влияющее в конечном итоге на продуктивность растений. Это объясняется тем, что биохимические процессы, протекающие в фазу прорастания семян, связаны цепной реакцией с ходом обмена веществ на всех последующих стадиях морфогенеза растений (Возняковская, 1991).
В связи с этим, первоначально, в серии лабораторных опытов, нами был проведен предварительный отбор ассоциаций, состоящих из ризобий и некоторых штаммов ассоциативных бактерий и проанализировано влияние данных комплексов на всхожесть и прорастание семян козлятника восточного. Полученные данные свидетельствуют о том, что комплексная инокуляция в большинстве случаев оказывает стимулирующее влияние на всхожесть семян козлятника восточного и на начальные моменты роста проростков. Из таблицы 3.5 видно, что при комплексной обработки всхожесть семян возрастала на 7-31% относительно моноинокуляции (только препаратом ризоторфин).
Наиболее эффективной в отношении стимуляции прорастания семян козлятника оказалась обработка их комплексами «Rh. galegae, mT.914+Arthrobacter mysorens, шт. 7» и «Rh. galegae, шт.914+ Klebsiella mobilis, шт.880». Всхожесть в этих вариантах повысилась соответственно на 31% и 24% по сравнению с обработкой семян только Rh. galegae, шт.914. Менее эффективной оказалась инокуляция такими ассоциациями как «Rh. galegae, шт.914+ Agrobacterium radiobacter, шт. 10» и «Rh. galegae, шт.914+ Flavobacterium sp. шт.ЗО».
Комплексная инокуляция семян козлятника восточного не только влияет на их всхожесть, но и оказывает позитивное действие на длину зародышевого корешка (рис. 3.3). Наибольший эффект оказали комплексы «ризоторфин (штамм 914) + мизорин» и «ризоторфин (штамм 914) + мобилин». Прирост в этих вариантах по отношению к ризоторфину (штамм 914) составила соответственно 28% и 20%.
Таким образом, проведенные исследования показали, что в условиях лабораторного опыта наиболее заметное положительное действие на всхожесть семян козлятника восточного и длину зародышевого корешка оказали комплексы клубеньковых бактерий с такими ассоциативными штаммами как Arthrobacter mysorens, шт. 7 и Klebsiella mobilis, шт.880, что, как показали исследования, позитивно влияет на дальнейшее развитие растений. Так как более значительный эффект на начальные этапы роста проростков отмечается при обработке семян ризобиями с артробактериями, то для полевого опыта по комплексной инокуляции нами был взят Arthrobacter mysorens, шт. 7 (препарат мизорин). Полученные данные за 2002-2004 гг. свидетельствуют, что обработка семян козлятника бактериальным комплексом (ризоторфин +мизорин) оказала более заметное влияние на ростовые процессы растений по сравнению с инокуляцией только одними клубеньковыми бактериями Rh. galegae. В полевых опытах (табл. 3.6, 3.7) во всех вариантах наблюдалось увеличение высоты растений на 23,2-39,7% и облиственности на 20,8-22,6% в сравнении с контролем (без инокуляции). При моноинокуляции эти показатели повысились соответственно на 14-33% и 13,4-19,2% относительно контроля (без инокуляции). Максимальная высота растений в среднем за три года исследования отмечена в варианте ризоторфин (штамм 914)+мизорин (139,7%), а на облиственность заметный эффект оказывают комплексы: штамм 912+, 914+ и 916+мизорин (122,6%). Необходимо отметить, что в разные года исследований действие одних и тех же комплексов не являлось строго однозначным в отношении ростовых процессов козлятника восточного. Так, высота растений в 2002 году была максимальной под действием комплекса штамм 914+мизорин, в 2003 — под действием 914+ и 913+мизорин, 2004 - под действием 912+мизорин. Что касается облиственности, то наибольший показатель в 2002 году отмечен в варианте 914+ и 912+мизорин, в 2003 - 916+ и 914+мизорин, в 2004 -913+мизорин. Эти факты свидетельствуют о сложном механизме взаимоотношений вносимых популяций микроорганизмов с растениями козлятника, которые во многом определяются внешними факторами. Вместе с тем, анализ полученных данных показал, что наиболее стабильный эффект в отношении ростовых процессов растений козлятника восточного проявляется при совместном использовании ризоторфина (штамм 914) в комплексе с мизорином.
