Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Обзор литературы 11
1.1 Агрономическая характеристика и роль сорговых культур в восстановлении плодородия почв
1.2 Биологические способы увеличения продуктивности системы "почва-растение"
1.3 Эндомикоризные грибы 21
1.4 Протекторные свойства ризосферных бактерий 27
1.5 Комплексное действие микроорганизмов на продуктивность растений
ГЛАВА 2 Объекты, условия и методы исследований
2.1 Место и условия проведения работы 36
2.2 Объекты исследований 36
2.3 Методы исследований 39
ГЛАВА 3 Выделение, идентификация и полезные свойства аборигенных бактерий рода pseudomonas 48
3.1 Выделение и видовая идентификация аборигенных псевдомонад из ризосферы сорго 49
3.2 Определение фитостимулирующей активности выделенных штаммов 52
3.3 Антагонистическая активность аборигенных псевдомонад по отношению к фитопатогенным грибам 53
3.4 Идентификация антибиотиков у выделенных штаммов 59
3.5 Скрининг аборигенных штаммов бактерий рода Pseudomonas по ростостимулирующей активности 59
3.6 Влияние перспективных аборигенных штаммов псевдомонад на продуктивность сорго в полевых условиях 63
ГЛАВА 4 Влияние предпосевной инокуляции семян коллекционными штаммами бактерий рода pseudomonas на урожайность сорговых культур 66
4.1 Влияние штаммов Pseudomoms aureofaciens BS1393, Pseudomonas fluorescens 38a, Pseudomonas fluorescens 7H на прорастание семян сортовых культур 66
4.2 Антифунгальная активность коллекционных штаммов 68
4.3 Влияние предпосевной бактеризации семян на продуктивность зернового сорго 75
4.4 Влияние инокуляции семян коллекционными штаммами бактерий на урожайность фитомассы сахарного сорго и сорго-суданковых гибридов 79
ГЛАВА 5 Влияние бактерий рода pseudomonas на развитие эндомикоризного гриба glomus intraradices 81
5.1 Влияние бактерий рода Pseudomonas на развитие
эндомикоризного гриба Glomus intraradices до его внедрения в корни растений 81
5.2 Ростостимулирующее влияние комплексной инокуляции семян грибом Glomus intraradices и бактериями рода Pseudomonas на развитие проростков сорго 89
5.3 Взаимное влияние эндомикоризного гриба Glomus intraradices и бактерий рода Pseudomonas в ризосфере сорго при совместной инокуляции 92
ГЛАВА 6 Влияние совместной инокуляции семян бактериями рода pseudomonas и грибом glomus intraradices на повышение адаптивной способности сорговых культур при возделывании на различных типах почв 96
6.1 Влияние бактерий рода Pseudomonas на формирование структур эндомикоризного гриба Glomus intraradices в зависимости от типа почв 99
6.1.1 Интенсивность микоризации и формирование структур гриба Glomus intraradices под действием псевдомонад на черноземе выщелоченном 99
6.1.2 Влияние бактерий рода Pseudomonas на формирование структур эндомикоризного гриба Glomus intraradices на деградированных почвах рисовых чеков 107
6.2 Сравнение развития структур гриба Glomus intraradices в зависимости от типа почв и варианта инокуляции штаммами псевдомонад 112
Выводы 121
Практические рекомендации 123
Список использованных источников
- Эндомикоризные грибы
- Определение фитостимулирующей активности выделенных штаммов
- Антифунгальная активность коллекционных штаммов
- Ростостимулирующее влияние комплексной инокуляции семян грибом Glomus intraradices и бактериями рода Pseudomonas на развитие проростков сорго
Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время значительная часть почвенного покрова в мире подвергается негативным изменениям, приводящим к его деградации. Интенсификация земледелия, высокий уровень использования химических средств защиты растений и удобрений приводит к загрязнению почв агроценозов и агроландшафтов, развитию эрозийных процессов: ухудшается структура пахотного слоя, снижается содержание гумуса и, вследствии этого, минеральных элементов питания, растет гидролитическая кислотность, снижается сумма поглощенных оснований, происходит декальцинация, почвы теряют супрессивность. Современные технологии обработки почвы и интенсивная борьба с возбудителями болезней меняют видовой состав почвенных микроорганизмов в пользу фитопатогенных видов. Наиболее действенным средством восстановления плодородия и структуры деградированных почв является биологическая рекультивация с использованием сельскохозяйственных культур, обладающих фитомелиоративной способностью, и высокоэффективных культур микроорганизмов-антагонистов почвенных фитопатогенов, повышающих супрессивность почв. Всероссийским НИИ орошаемого земледелия экспериментально доказано, что наиболее перспективными фитомелиорантами являются сортовые культуры. Использование сортовых культур как эффективных фитомелиорантов особенно актуально для рисосеющей зоны Краснодарского края.
Засухоустойчивость, солевыносливость, фитомелиоративная способность сорговых культур делает их все более актуальными в севооборотах, как дающих стабильный урожай фуражного зерна, силоса и зеленого корма. Но, несмотря на высокий биологический потенциал сорго, для получения высокой продуктивности данной культуры необходима разработка технологии возделывания с учетом специфики различных почв.
Это, прежде всего, разработка экономически эффективных и экологически безопасных, энергоресурсосберегающих, восстанавливающих эрозирование почвы элементов технологии, направленных на улучшение агрохимических и биологических параметров плодородия почвы. Одним из важнейших направлений биологизации технологии возделывания сорговых культур является применение экологически безопасных ростостимулирующих и защитных биопрепаратов.
Особую научно-практическую значимость для использования в качестве биологических агентов стимуляции роста и развития растений, а так же в качестве защиты от фитопатогенов различных сельскохозяйственных культур представляют ризосферные бактерии рода Pseudomonas (Migula) и эндомикоризные грибы рода Glomus (Schenck and Smith).
Анализ мировой литературы выявил отсутствие данных по влиянию совместной инокуляции семян бактериями рода Pseudomonas и эндомикоризными грибами рода Glomus на продуктивность сорговых культур и отсутствуют сведения по реакции сортов различных хозяйственных групп сорговых культур на инокуляцию бактериальными штаммами PGPR Pseudomonas.
Таким образом, до настоящего времени не изучена возможность применения эндомикоризных грибов рода Glomus и PGPR бактерий рода Pseudomonas как перспективных микробиологических объектов в качестве составляющих компонентов технологии повышения продуктивности сорговых культур в зависимости от условий возделывания.
Изучение возможности применения эндомикоризных грибов рода Glomus и PGPR бактерий рода Pseudomonas в качестве составляющих компонентов технологии адаптации сорговых культур в зависимости от агроклиматических условий возделывания является актуальным.
Цель исследований. Целью настоящей работы являлся поиск новых биологических приемов увеличения продуктивности и адаптивной способности различных хозяйственных групп сорговых культур в зависимости от условий возделывания.
В соответствии с целью работы последовательно ставились и решались следующие основные задачи:
- выделение из ризосферы сорговых культур и видовая идентификация аборигенных штаммов флюоресцирующих бактерий рода Pseudomonas;
- скрининг аборигенных штаммов бактерий рода Pseudomonas по антагонистической и ростостимулирующей активности;
оценка влияния предпосевной инокуляции семян сорго коллекционными штаммами Pseudomonas aureofaciens BS , Pseudomonas fluorescens a, Pseudomonas fluorescens 7H - продуцентами различных антибиотиков, на рост и развитие сорговых культур;
- изучение влияния бактерий рода Pseudomonas на равитие эндомикоризного гриба Glomus intraradices (штамм 7) в почве и корнях растений сорговых культур;
- исследование влияния различных комбинаций совместной инокуляции штаммами бактерий рода Pseudomonas и эндомикоризного гриба Glomus intraradices (штамм 7) на продуктивность хозяйственных групп сорго при возделывании на черноземе малогумусном сверхмощном выщелоченном и луговых среднезасоленных, тяжелосуглинистых почвах с хлоридно- сульфатным типом засоления.
Личный вклад. Автор участвовал в определении целей и задач исследований, разработке методики проведения опытов, осуществлении постановки экспериментов и получении опытных данных, проведении анализа, обобщении и оформлении материалов для опубликования. Личный вклад в получении результатов диссертационной работы составляет %.
Научная новизна. Впервые из ризосферы зернового и сахарного сорго, выращенного на черноземе выщелоченном, выделены и идентифицированы аборигенные высокоэффективные, ростостимулирующие штаммы бактерий рода Pseudomonas - антагонистов почвенных фитопатогенов.
Получены экспериментальные данные положительного влияния бактерий рода Pseudomonas на формирование и количественное изменение структур эндомикоризного гриба Glomus intraradices (штамм 7) в корнях сорговых культур.
Впервые проведены исследования взаимного влияния бактерий рода Pseudomonas и эндомикоризного гриба Glomus intraradices (штамм 7) на продуктивность зернового, сахарного сорго и сорго-суданковых гибридов при возделывании на черноземе малогумусном сверхмощном выщелоченном и луговых среднезасоленных, тяжелосуглинистых почвах с хлоридно-сульфатным типом засоления.
Научно-практическая значимость работы. Разработан
трехкомпонентный биотехнологический способ фитомелиорации, включающий комплексное взаимодействие в системе: растение (сорта зернового, сахарного сорго и сорго-суданкового гибрида) - эндомикоризный гриб {Glomus intraradices (штамм 7)) - ризосферные бактерии рода Pseudomonas (штамм Pseudomonas aureofaciens BS ), позволяющий увеличивать урожайность сорговых культур на деградированных почвах рисовых чеков до уровня, полученного на плодородных почвах. Производству предложено использование разработанного способа для адаптации сорговых культур при проведении почвоулучшающих мероприятий на деградированных почвах без вывода данных земель из сельскохозяйственного пользования хозяйств. (Dudik О.A et al, ; Дудик О.А, ).
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и получили одобрение на международных, всероссийских и краевых конференциях, симпозиумах и совещаниях: Международной научно-практической конференции: Биологизация защиты растений: состояние и перспективы. Краснодар, ; Всероссийской школе-конференции молодых ученных: Биотехнология - стратегия развития в XXI веке. Санкт-Петербург, ; Всероссийском симпозиуме: Биотехнология - народному хозяйству. Москва, ; Международной научно-практической конференции, посвященной -летию БелНИИЗР: Защита растений на рубеже XXI века,
Минск ; V Международном семинаре-презентации инновационных научно-технических проектов: Биотехнология - . Пущино, ; Всероссийской конференции: Сельскохозяйственная микробиология в XIX -XXI веке, Санкт-Петербург ; Второй всероссийской школе молодых ученных ВОГиС по экологической генетике: Симбиогенетика и эволюция. Санкт-Петербург ; III семинаре-совещании: Современные технологии и перспективы использования экологически безопасных средств защиты растений и регуляторов роста. Москва ; Международной научной конференции: Агрохимические аспекты повышения продуктивности сельскохозяйсвенных культур. Москва ; Первом съезде микологов России: Современная микология в России Москва, г; 1-ом Международном конгрессе: Биотехнология - состояние и перспективы развития. Москва, ; International symposium " Biochemical interactions of microorganisms and plantsith technogenic environmental pollutants" Saratov, ; h International Congress on Molecular plant-Microbe Interactions. Molecular Plant-Microbe Interactions: New bridges betwin Past and Future. St. -Petersburg, ; Всероссийской научной конференции: Современное состояние и приоритеты развития фундаментальных наук в регионах. Краснодар, г; Международной конференции: Проблемы биодеструкции техногенных загрязнителей окружающей среды. Саратов, ; III, IV, V, VII региональных научно-практических конференциях: Научное обеспечение агропромышленного комплекса. Краснодар , , , .
Исследования по теме диссертации отмечены стипендией администрации Краснодарского края - годов и дипломами победителя II и III степени в региональных конкурсах на лучшую научно-практическую разработку в рамках конференций: Научное обеспечение агропромышленного комплекса. Краснодар, и годов.
Публикация результатов исследований. По материалам исследований опубликовано научных работ в которых отражено основное содержание диссертации.
Основные положения выносимые на защиту.
1. Впервые выделенные аборигенные штаммы Pseudomonas fluorescens , Pseudomonas fluorescens , Pseudomonas fluorescens являются эффективными биологическими агентами для создания на их основе бактериальных препаратов.
2. Сортоспецифическая реакция на бактериальную инокуляцию при обработке семян штаммами бактерий рода Pseudomonas определяет увеличение продуктивности зернового, сахарного сорго и сорго-суданковых гибридов.
3. Увеличение урожайности сорговых культур при комплексной иокуляции штаммами бактерий рода Pseudomonas и грибом Glomus intraradices (штамм 7) определяется взаимоотношениями микроорганизмов друг с другом в корнях и ризосфере растений сорго и оптимальным подбором пары микроорганизмов, независимо от типа почв.
Объем и структура диссертации.
Диссертация изложена на страницах машинописного текста. Состоит из введения, аналитического обзора литературы, методик и условий проведения исследований, результатов исследований, выводов, практических рекомендаций, приложений. Работа иллюстрирована таблицами и рисунками. Список использованной литературы включает наименований, в том числе иностранных авторов.
Эндомикоризные грибы
Биологические способы увеличения продуктивности системы "почва-растение" Увеличение продуктивности различных сельскохозяйственных растений во многом определяется результатами взаимодействия между корневой системой растений и почвенными микроорганизмами (Glick, 1995; Kennedy, 1995, 1998; Захарова и др., 1999). Совокупность корневой системы с почвой представляет собой сложную экологическую нишу, заселенную полезными, патогенными и нейтральными для растений микроорганизмами (Lynch, 1990; Azcon-Aguilar, Barea, 1992; Linderman,1992; Barea, 1997, 2000; Bowen, Rovira, 1999; Gryndler, 2000). Активная секреция клетками корня различных веществ обеспечивает питательным субстратом микроорганизмы, образующие с ними прочные ассоциации как внутри корневых тканей, так и на корневой поверхности (ризоплане), а так же в почве, непосредственно окружающую корни (ризосфере) (Lemanceau et al., 1995; Latour et al.,1996).
Сельскохозяйственная микробиология за последнее время добилась существенных успехов в теоретической и практической областях. Новое звучание получила проблема применения микробных препаратов для растениеводства. За последние десятилетия многочисленными исследованиями (Elsherif et al, 1990; Звягинцев, 1999; Воронин A.M. и др., 2000; Надежкина, Сильнова, 2001) показано значительное увеличение урожая различных сельскохозяйственных культур при инокуляции семян бактериальными препаратами. Следует так же отметить, что обработка посевного материала является наиболее эффективным приемом применения микроорганизмов (Сидоренко, 2001).
Многие почвенные микроорганизмы, взаимодействующие с растениями, не только улучшают минеральное питание растений за счет растворения труднодоступных почвенных соединений фосфора и других необходимых элементов, но и являются активными антагонистами патогенных для растений микроорганизмов (Cook, Baker, 1989; Edwards et al,1998).
Эндомикоризные грибы Симбиотическая микофлора представлена облигатными симбионтами -эндомикоризообразующими грибами сем. Endogonaceae (Walker, 1992). Везикулярно-арбускулярная микориза (ВАМ) широко представлена в растительном покрове на различных типах почв. Из трех типов эндомикориз - эрикоидной, орхидной и везикулярно-арбускулярной последняя наиболее широко распространена и именно она присутствует в сельскохозяйственных растениях. Эндомикоризные грибы сем. Endogonaceae широко распространены в различных почвенно-географических зонах и инфицируют гораздо больше видов растений, чем все остальные грибы, образующие другие типы эндомикоризы и эктомикоризу вместе взятые. (Harley, Smith. 1983;Gerdeman, 1986; Chanway, 1996; Frey-Klett, 1997; Smith, Read, 1997)
Характерная особенность грибов сем. Endogonaceae - широкий круг растений-хозяев. Так, например, Glomus fasciculatus образует микоризу со злаковыми, бобовыми, цитрусовыми, сложноцветными и др. (Bagyaraj, Manjunath, 1980; Powell, 1981; Ames et al.,1982; Bethlenfalvay et al., 1982; Davis, 1982; Azcon-Aguilar, Barea, 1995). Аналогичные примеры можно привести и для других эндофитов (Bagyaraj, 1995). Два таких систематически далеких растения, как водный гиацинт {Eichhornia crassipes) и кукуруза, инфицируются одним и тем же эндофитом рода Glomus (Venkataramanan et al., 1982).
Многочисленными исследованиями установлено, что при инокуляции растений эндофитами происходит значительное усиление поступления в них фосфора (Mosse, 1957; Hayman et al., 1975; Ocampo, 1980 a; Smith, 1980; Муромцев и др., 1985; Whitelaw, 2000). Проведенные во Франции исследования (Pichot, Binh, 1976) подтвердили положительное влияние эндомикоризы на рост табака, томата, кукурузы вследствие усиления поглощения минеральных ионов микоризованными растениями. Авторы подчеркивают важность поглощения гифами эндомикоризных грибов малоподвижного фосфора, особенно в почвах с большой фиксирующей поверхностью по этому элементу. Они также указывают, что эндомикориза может переводить нерастворимые фосфаты в усвояемое растениями состояние и играет роль стартера в развитии и формировании растений, в первую очередь их корневой системы. Моджалали и Уид (Mojallali, Weed, 1978) инокулировали сою эндофитом Glomus macrocarpus и выращивали растения в малоподвижной почве с внесенными слюдами (биотит, мусковит, флогопит). У микоризованных растений резко увеличивалась способность использовать фосфор почвы и калий из слюды, надземная масса при этом утраивалась. Положительный эффект эндомикоризных грибов связан с активностью кислой и щелочной фосфотаз, которые, например, были найдены в корнях лука, инокулированных Glomus mosseae (Gianinazzi Pearson, Gianinazzi, 1976, 1978) и при инфицировании корней лука, табака или сои эндофитами рода Glomus (Gianinazzi-Pearson et al.,1978). В корнях лука, инфицированных грибом Glomus mosseae, идентифицирована щелочная фосфомоноэстераза. Эта фосфотаза играет важную роль в поглощении иона Р043 микоризой и в обмене полифосфатов (Gianinazzi-Pearson et al.,1978).
Проблема фосфора остается одной из самых острых в земледелии. Объясняется это двумя основными причинами - дефицитностью геологических запасов этого элемента и прочным связыванием его в почве при внесении с удобрениями (Bolan et al., 1987). Именно поэтому усвояемость сельскохозяйственными растениями фосфора удобрений не превышает 25%, а подавляющее его количество фиксируется почвой, превращаясь в труднодоступные для растений фосфаты. В тоже время культурные почвы могут содержать 10-20 и даже до 30 т элемента на гектар пахотного слоя (Муромцев; Гинзбург, 1981).
Определение фитостимулирующей активности выделенных штаммов
Определение фитостимулирующей активности выделенных штаммов В области использования живых бактерий рода Pseudomonas для стимуляции роста растений и в качестве средства биологической борьбы с бактериальными и грибными заболеваниями сельскохояйственных культур в настоящее время достигнуты значительные успехи.
Один из важнейших механизмов прямой стимуляции роста растений под влиянием PGPR бактерий заключается в способности этих бактерий синтезировать регуляторы роста растений и улучшать фосфорное питание растений. Бактерии рода Pseudomonas, способные эффективно растворять фосфорные соединения, являются перспективными биоагентами для стимуляции роста и развития растений за счет улучшения фосфорного питания. Бактерии могут использовать две системы повышения концентрации экзогенного фосфата: 1) за счет гидролиза органических фосфатов под действием фосфатаз; 2) путем растворения минеральных фосфатов за счет продукции кислот.
Фосфат-растворяющие свойства изолятов, выделенных из ризосферы сорго были определены на синтетической агаризованной среде с гидроксилапатитом (ГАП) (рис 3). Зоны просветления в местах высева образовывали 12 штаммов - лабораторные номера 1, 3, 7, 17, 29, 30, 33, 42, 44, 53, 62, 66, что свидетельствует о растворении гидроксилапатита и о возможности данных штаммов продуцировать фосфат-растворяющие кислоты. Способность аборигенных бактериальных штаммов растворять труднорастворимые минеральные соединения фосфора позволяет использовать инокуляцию семян выделенными штаммами при возделывании сорго на почвах с недостатком доступных минеральных соединений фосфора. PGPR бактерии рода Pseudomonas - одна из наиболее изученных групп бактерий-антагонистов почвенных фитопатогенов. При этом необходимо отметить, что ризосферные бактерии рода Pseudomonas являются потенциальными объектами для разработки на их основе биологических средств защиты растений от фитопатогенов, а также биопрепаратов, стимулирующих рост и повышающих продуктивность растений (Воронин, 1998).
Антагонистические свойства исследуемых изолятов были определены по отношению к тестерным культурам фитопатогенных грибов: Fusarium graminearum, Fusarium oxisporum и Gaeumannomyces graminis var. /n7/c/1818 (рисунок 4,5,6). Выявлено 14 штаммов - лабораторные номера 1, 3, 7, 9, 11, 13, 14, 17, 30, 33, 36, 41, 62, 67, подавляющие рост данных фитопатогенов (таблица 2).
Одним из важнейших факторов опосредованной стимуляции роста растений является способность PGPR бактерий рода Pseudomonas продуцировать широкий спектр вторичных метаболитов, в том числе антибиотиков. Наиболее хорошо изученными антибиотикам, играющими важную роль в супрессии болезней растений, являются антибиотики группы феназинов, флороглюцинов, пиолютеорин, пирролнитрин.
Феназиновые антибиотики наиболее часто являются основным фактором в подавлении фитопатогенных грибов флюоресцирующими псевдомонадами. Проведенные нами исследования выявили отсутствие фрагментов ДНК, амплифицированных с помощью праймеров, комплементарных к наиболее консервативному локусу phz-оперона (ген phzD). Это указывает на отсутствие систем синтеза феназина и его производных у тестируемых штаммов с лабораторными номерами 11, 13, 17. Таким образом, антагонистические свойства штаммов Pseudomonas fluorescens 11, Pseudomonas fluorescens 13, Pseudomonas fluorescens 17, Pseudomonas fluorescens 62 обусловлены другими антибиотическими веществами, предположительно флороглюцинами, пиолютеорином или пирролнитрином. Для точного определения природы синтезируемых веществ необходимы дополнительные эксперименты.
Следующей ступенью отбора наиболее эффективных штаммов было определение ростостимулирующей активности у штаммов, проявивших наиболее высокую антагонистическую активность.
В лабораторных условия была проведена оценка влияния инокуляции ризосферными бактериями Pseudomonas fluorescens 11, Pseudomonas fluorescens 13, Pseudomonas fluorescens 17, на всхожесть, развитие проростков и поражение инфекцией семян сортовых культур различных хозяйственных групп (таблица 3).
Обработка семян зернового сорго (гибрид Пищевое 227) штаммом Pseudomonas fluorescens 17 показало наибольшее увеличение длины корней и проростков - в 2,3 - 3,2 раза больше по сравнению с контролем и в 1,3-1,9 раз больше, чем в вариантах с инокуляцией другими штаммами. В данном варианте вес корней и проростков в сравнении с контролем увеличивался в 2-4 раза и 1,2 -1,6 раз больше, чем при бактеризации штаммами Pseudomonas fluorescens 11, Pseudomonas fluorescens 13. Поражение семян патогенной инфекцией в варианте бактеризации штаммом Pseudomonas fluorescens 17 снижалось на 8-10% по сравнению с инокуляцией другими штаммами и было в 2,4 раза ниже, чем в контроле.
При инокуляции семян сорта Зерсил наибольшее увеличение всхожести отмечалось в варианте с штаммом Pseudomonas fluorescens 11. В данном же случае максимально увеличивалась длина корней и проростков, однако их вес был наиболее высоким в варианте с бактеризацией штаммом Pseudomonas fluorescens 17. Значительное снижение семенной инфекции продемонстрировал штамм Pseudomonas fluorescens 11 - в 3,4 раза по сравнению с контролем и до 5,5 раз по сравнению с штаммами Pseudomonas fluorescens 13, Pseudomonas fluorescens 17.
При бактеризации сорта сахарного сорго Северное 44 наилучшие результаты по всем показателям выявлены в варианте обработки штаммом Pseudomonas fluorescens 13. При обработке семян сорго-суданкового гибрида Геркулес 3 наибольшее увеличение всхожести семян и снижение развитие семенной инфекции - в 7 раз по сравнению с контролем, выявлено в варианте с обработкой штаммом Pseudomonas fluorescens 13.
Антифунгальная активность коллекционных штаммов
Развитие животноводства в нашей стране в большой степени зависит от производства фуражного зерна. Периодически повторяющиеся в Краснодарском крае засухи препятствуют выращиванию таких зернофуражных культур как кукуруза и ячмень. Поэтому большое значение приобретает правильный подбор засухоустойчивых культур, способных формировать высокие и стабильные урожаи зерна. Одной из таких культур является зерновое сорго.
Следует отметить, что объемы производства этой культуры не отвечают постоянно возрастающим потребностям в ее зерне из-за недостаточно высокой урожайности. Решение этой проблемы необходимо искать в применении элементов технологии с одной стороны, эффективных и экономически выгодных, а с другой стороны, экологически безопасных.
Одним из элементов технологии, позволяющим значительно повысить урожайность сорго, является предпосевная инокуляция семян биопрепаратами на основе различных микроорганизмов.
В наших исследованиях данные по влиянию на урожайность предпосевной инокуляции семян зернового сорго штаммами бактерий рода Pseudomonas были получены в полевых опытах, заложенных на экспериментальной базе ВНИИБЗР. Почвенный покров экспериментальных делянок представлен преимущественно выщелоченным малогумусным сверхмощным черноземом легкоглинистого механического состава, сформировавшемся на лёссовидном карбонатном суглинке и характеризующимся структурностью и плодородием. Варианты опыта включали: 1 - контроль (без инокуляции); 2 - инокуляция штаммом Pseudomonas fluorescens 38а; 3- инокуляция штаммом Pseudomonas fluorescens 7Н; 4- инокуляция штаммом Pseudomonas aureofaciens BS1393.
Наблюдения показали, что разница в наступлении фенологических фаз развития сорго между вариантами незначительна (в пределах 5 суток), длина межфазных периодов так же существенно не отличалась (разница составляла 1-2 сут). Период всходы-кущение длился в среднем 19-21 сут, кущение -цветение 40-42 сут, а цветение и полная спелость 35-38 сут.
Существенное влияние на продуктивность зернового сорго оказывает густота стояния, позволяющая наиболее полно и рационально использовать запасы влаги и питательных веществ почвы (Малиновский Б.Н., 1992). Густота стояния растений во всех вариантах с инокуляцией бактериальными штаммами была выше, чем в контроле без обработки (таблица 6). Отклонение коэффициента общей кустистости (минимальное значение в контроле -1, максимальное в варианте 1,6) показывает, что обработка штаммами ризосферных бактерий рода Pseudomonas положительно повлияла на начальный рост и кущение сорго.
Коэффициент продуктивной кустистости по вариантам обработок бактериальными штаммами не изменялся и превышал контроль. В целом, к моменту уборки, растения зернового сорго имели один основной и один продуктивный стебель. Количество зерен с 1м по всем вариантам было на 38,6-50 % выше, чем в контроле (таблица 7).
При этом распределение процента зерна в урожае по вариантам (в зависимости от кустистости сорго) колебалось на основных и побочных стеблях соответственно от 65 до 72 % и от 28 до 35 %. Необходимо отметить тенденцию повышения озерненности побочных стеблей при увеличении урожайности. Предпосевная инокуляция семян гибрида Пищевое 227 тремя штаммами ризосферных псевдомонад оказала положительный эффект на увеличение урожайности зерна сорго. Биологический урожай зерна во всех вариантах с обработкой бактериальными штаммами был выше, чем в контроле на 26,8 - 29,2 %. Максимальная прибавка установлена в варианте 4 (инокуляция штаммом Pseudomonas aureofaciens BS1393) и составила 29,2 % по отношению к контролю. Урожай листостебельной массы находился в прямой зависимости от величины урожая зерна. При увеличении урожайности зерна отношение листостебельной массы к массе зерна снижается, что обусловлено повышением доли зерна в урожае и снижением количества нетоварной продукции.
Густота стояния растений сорго к моменту уборки отличалась от контроля на 3,9-4,6%. При этом коэффициент общей кустистости увеличивался в среднем на 0,4-0,6, а продуктивной на 0,4 по сравнению с контролем. В структуре биологического урожая по всем вариантам отмечено увеличение озерненности растений сорго. При этом распределение зерна на основных и побочных стеблях составило, в среднем, соответственно, 65-70 % и 30-35 %. Отмечено положительное влияние инокуляции на массу 1000 зерен по всем вариантам. Увеличение по сравнению с контролем составило 11,9 %, 12,3 %, 13,8 % соответственно по вариантам инокуляции штаммов Pseudomonas fluorescens 38а, Pseudomonas fluorescens 7Н, Pseudomonas aureofaciens BS1393.
Наибольшую прибавку зерна и листостебельной массы обеспечила обработка семян штаммом Pseudomonas aureofaciens BS1393 - в данном варианте общее увеличение фитомассы составило 22,9 % по сравнению с контролем без инокуляции. При увеличении урожайности зерна доля листостебельной массы снижается.
Ростостимулирующее влияние комплексной инокуляции семян грибом Glomus intraradices и бактериями рода Pseudomonas на развитие проростков сорго
В условиях полевых опытов 2001-2004 годов была исследована продуктивность хозяйственных групп сорго в зависимости от почвенных условий и проведена оценка влияния как двойной инокуляции бактериями рода Pseudomonas и эндомикоризного гриба Glomus intraradices, так и каждого микроорганизма в отдельности на продуктивность сортовых культур при возделывании их на черноземе выщелоченном и луговой среднезасоленной, тяжелосуглинистой почве с хлоридно-сульфатным типом засоления.
При хозяйственном возделывании сорговых культур на деградированных почвах рисовых чеков АОЗТ "Сладковское" Славянского района Краснодарского края (тип почвы - луговой, среднезасоленный, тяжелосуглинистой), нами было выявлено снижение урожайности исследуемых хозяйственных групп сорго в сравнении с урожайностью, полученной в полевых эксперементах на территории ВНИИБЗР (тип почвы -чернозем выщелоченный, малогумусный, сверхмощный).
Так, экспериментальные данные продемонстрировали значительное снижение урожайности сахарного сорго (Северное 44) на 48,7 % и сорго-суданковых гибридов (Геркулес 3) на 48 % при возделывании на деградированных почвах по отношению к урожайности тех же сортов, полученной на черноземах выщелоченных в контрольных вариантах.
В эксперименте, исследуемые сорт Северное 44 и гибрид Геркулес 3 в целом положительно отзывались на инокуляцию ризосферными бактериями рода Pseudomonas и эндомикоризным грибом Glomus intraradices как при использовании каждого микроорганизма в отдельности, так и при двойной инокуляции (рисунок 19).
При инокуляции каждым микроорганизмом в отдельности, выявлено, что положительный эффект при внесении штаммов ризосферных бактерий рода Pseudomonas в варианте с сахарным сорго Северное 44 и сорго суданковым гибридом Геркулес 3 проявлялся на черноземе выщелоченном в большей степени, чем при внесении гриба Glomus intraradices, тогда как на луговых почвах увеличение продуктивности в вариантах с обработкой бактериальными штаммами было ниже, чем при инокуляции только эндомикоризным ірибом.
Урожайность фитомассы зернового сорго Пищевое 227, полученная при возделывании на деградированных почвах рисовых чеков, была также на 33,6% ниже, чем полученная на черноземе выщелоченном. Зерновое сорго Пищевое 227 при инокуляции бактериальными штаммами проявило меньшую отзывчивость, выраженную в увеличении фитомассы, чем при внесении штамма эндомикоризного гриба в условиях черноземов выщелоченных. На луговых почвах рисовых чеков не выявлено различия в увеличении урожайности в зависимости от варианта внесения микроорганизмов в отдельности (рисунок 20).
Наибольший эффект при возделывании на обоих типах почв в результате совместной инокуляции зернового сорго сорта Пищевое 227 проявила пара Glomus intraradices + Pseudomonas aureofaciens BS1393.
Анализируя полученные данные можно отметить, что при внесении эндомикоризного гриба Glomus intraradices и бактеризации семян штаммами Pseudomonas fluorescens 7Н, Pseudomonas aureofaciens BS1393 суммарный положительный эффект, выраженный в увеличении фитомассы, был больше, чем при обработке каждым микроорганизмом в отдельности. Снижение урожайности по всем исследуемым сортам отмечено в варианте Glomus intraradices + Pseudomonas fluorescens 38a независимо от почвенных условий.
Данные, полученные в полевых условиях, подтверждают лабораторные и вегетационные исследования и демонстрируют неэффективность симбиоза в варианте с совместной инокуляцией Glomus intraradices + Pseudomonas fluorescens 38a независимо от типа почв и демонстрируют положительное действие двойного внесения гриба Glomus intraradices и штаммов Pseudomonas fluorescens 7Н и Pseudomonas aureofaciens BS1393.
В условиях мелкоделяночных экспериментов получены данные по влиянию ризосферных бактерий рода Pseudomonas - штаммов Pseudomonas aureofaciens BS1393; Pseudomonas fluorescens 38a, Pseudomonas fluorescens 7H - на развитие микоризного гриба Glomus intraradices в корнях сортов сорго: Гибрид Пищевой 227, Северное 44, ГеркулесЗ и на двух типах почв: луговой среднезасоленной, тяжелосуглинистой и черноземе выщелоченном. 6.1.1 Интенсивность микоризации и формирование структур гриба Glomus intraradices под действием псевдомонад на черноземе выщелоченном
При сравнении по годам наибольшую стабильность действия на интенсивность развития микоризной инфекции при микоризации эндомикоризным грибом Glomus intraradices штамм 7 по сортам всех исследуемых хозяйственных групп сорговых культур на черноземе выщелоченном (экспериментальная база ВНИИБЗР) показал бактериальный штамм Pseudomonas aureofaciens BS1393 (рисунки 21, 22).
Сравнение развития микоризной инфекции по годам в 2003 и 2004 годах в данном варианте двойной инокуляции демонстрирует отстутствие достоверного различия показателя интенсивности развития микоризной инфекции по годам.
Из приведенных данных видно, что использование бактерий рода Pseudomonas как способа увеличения интенсивности микоризации, выраженного в разнице развития микоризной инфекции в вариантах с внесением бактериальных штаммов и гриба по сравнению с контролем, инокулированным только Glomus intraradices (штамм 7) оказался эффективным и в полевых условиях.
В целом можно отметить общую закономерность при количественной оценке эндомикоризного гриба по каждому испытанному сорту в зависимости от варианта инокуляции, выражающуюся в изменении частоты встречаемости и интенсивности развития микоризной инфекции, что показано в таблице 12.
