Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 6
1.1. Народнохозяйственное значение и история возделывания люпина 6
1.2. Бобоворизобиальный симбиоз и способы повышения его эффективности 14
1.3. Видовая и сортовая специфичность бобовых культур по отношению к бактериям рода Rhizobium 24
2. Материал, условия и методика проведения исследований 37
2.1. Климатические и агрометеорологические условия 37
2.2. Характеристика почвы 41
2.3. Объекты исследований 43
2.4. Методика проведения исследований 47
3. Формирование и активность симбиотического аппарата люпина 50
3.1. Формирование симбиотического аппарата 50
3.2. Активность симбиотического аппарата люпина 58
4. Рост, развитие и фотосинтетическая деятельность посевов люпина 65
4.1. Динамика роста и выживаемость растений 65
4.2. Формирование фотосинтетического аппарата 73
4.3. Содержание хлорофилла в листьях люпина, чистая продуктивность фотосинтеза 84
5. Урожайность и качество урожая симбиотических систем люпина жёлтого и узколистного 90
5.1. Урожайность зелёной массы и накопление в ней сухого вещества в зависимости от активности симбиоза 90
5.2. Урожай семян и его структура 98
5.3. Качество урожая и доля участия в нём симбиотрофного азота 106
Выводы 118
Рекомендации для селекционеров 119
Рекомендации для производства 119
Список использованной литературы 120
Приложения 142
- Народнохозяйственное значение и история возделывания люпина
- Климатические и агрометеорологические условия
- Формирование симбиотического аппарата
- Динамика роста и выживаемость растений
Введение к работе
Значение люпина в современном земледелии России объективно возрастает,
что обусловлено его высокими кормовыми достоинствами, относительно низкой энергоёмкостью возделывания, разнообразным использованием, нетребовательностью к плодородию почвы, накоплением в почве значительного количества биологически фиксированного азота. Высокий биологический и экономический потенциал люпина делает возможным его выращивание и использование во многих регионах России (Лихачёв Б.С., Саввичева И.К., Агеева П.А., Лукашевич М.И., Бернацкая М.Л., 1996; Агеева П.А., 1997).
Люпиновый белок - высококачественный и один из дешёвых среди других его источников. Современные сорта люпина почти сравнялись с соей по содержанию белка и соотношению аминокислот. В люпине практически отсутствуют ингибиторы трипсина, что значительно повышает его питательную ценность (Бернацкая М.Л., 1996). Люпин в полеводстве отличный предшественник, одна из лучших культур сидерального назначения, а в последние годы он находит всё большее применение в пищевой промышленности и медицине, рассматри-
и техногеннозагрязнённых почв (Лихачев Б.С., Саввичева И.К., Агеева П.А., Лукашевич М.И., Бернацкая М.Л., Шошина З.В., 2000).
Люпин - весьма перспективная культура в адаптивном растениеводстве, поскольку ему присуще важное свойство биологической фиксации азота (Шпаар Д., Эллмер Ф., Постников А. и др., 2000). Благодаря симбиозу с бакте-
W риями Rhizobium lupini люпин аккумулирует в среднем 160 кг молекулярного
азота на гектаре посева и по праву считается одним из лучших азотфиксаторов среди однолетних бобовых культур.
Одним из лимитирующих факторов современных сортов люпина является недостаточный объём симбиотической фиксации азота (Лихачёв Б.С., 1996). Использование ризоторфина при возделывании люпина неоправданно ограни-
л чено, несмотря на то, что наряду с повышением продуктивности, достигается
экономия минеральных азотных удобрений и, в определённой мере, снижается поражение люпина различными почвенными патогенами (Хотянович А.В., 1997).
4 Уровень фиксации атмосферного азота симбиотическими системами люпина зависит не только от применяемого штамма клубеньковых бактерий, но и от биологических особенностей растений. Специфические особенности разных генотипов люпина оказывают влияние на жизнедеятельность бактерий и, следовательно, на эффективность симбиоза в целом. В связи с этим необходимы исследования, которые имели бы целью повышение отзывчивости люпина на симбиоз с клубеньковыми бактериями. Главным направлением в усилении биологической азотфиксации и увеличении белковой продуктивности является подбор сортов, способных к активному симбиозу и формированию высокого урожая и установление комплементарных симбионтов для определённых условий почвенно-климатических зон.
Актуальность темы. По размерам фиксации молекулярного азота воздуха люпин не имеет себе равных среди всех однолетних бобовых культур. Но чтобы максимально использовать этот уникальный биологический потенциал, необходимо усилить генетическое сродство растения-хозяина и штамма клубеньковых бактерий. Это возможно за счёт параллельной селекции на повышение симбиотической активности макро- и микросимбионта, а также за счёт создания симбиотических систем из уже существующих сортов люпина и производственных штаммов Rhizobium lupini на основе их комплементарно-сти. Однако вопросы видо- и сортоспецифичности люпина к клубеньковым бактериям и штаммоспецифичности Rhizobium lupini к растению-хозяину недостаточно изучены, не установлены комплементарные сочетания для определённых экологических условий. Это определило актуальность и направление наших исследований.
Цель исследований - определить сравнительную симбиотическую активность и продуктивность симбиотических систем некоторых сортов люпина жёлтого и узколистного с производственными штаммами Rhizobium lupini в условиях юго-запада Нечернозёмной зоны.
Задачи исследований: 1. Изучить динамику формирования симбиотического аппарата сортов люпина жёлтого и узколистного в течение вегетации.
Определить величину активного сим биотического потенциала за вегетацию, удельной активности симбиоза и количество фиксированного азота воздуха каждой сим биотической системой.
Выявить особенности влияния предпосевной инокуляции семян на выживаемость, рост, развитие растений люпина жёлтого и узколистного в посеве, их фотосинтетическую деятельность, продукционный процесс и урожайность.
Определить содержание общего азота в надземной массе, корнях и клубеньках, размеры его накопления и содержание сырого протеина в сухом веществе зелёной массы и семенах.
Установить долю участия источников азота (биологического и минерального) в формировании урожая разных видов и сортов люпина. Научная новизна. Впервые в условиях юго-запада Нечерноземья проведено
сравнительное изучение симбиотических систем различных сортов люпина жёлтого и узколистного по активности симбиотического аппарата, фотосинтетической деятельности и формированию урожая.
Выявлена видо- и сортоспецифичность люпина к штаммам Rhizobium lupini. Установлена взаимосвязь показателей фотосинтетической деятельности и симбиотической активности.
Практическая значимость. Результаты исследований указывают на необходимость совершенствования методов оценки исходного материала в селекционном процессе при создании сортов с повышенной симбиотической активностью. Рекомендовано в условиях производства использовать для предпосевной инокуляции семян только комплементарные виду и сорту штаммы Rhizobium lupini, что позволит повысить эффективность применения ризоторфина при возделывании люпина и увеличить производство белка растительного происхождения.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на заседаниях кафедры кормопроизводства, селекции и семеноводства, научных конференциях в Брянской государственной сельскохозяйственной академии в 2002 - 2005 гг. По материалам диссертации опубликовано 6 статей.
Народнохозяйственное значение и история возделывания люпина
Люпин - древнейшее культурное растение. Ещё 4000 лет назад в средизем номорских странах, в Египте, древней Греции и античном Риме существовала развитая культура люпина, и возделывавшиеся уже тогда формы мало отлича лись от современных культурных сортов (Майсурян Н.А., 1962а; Майсурян Н.А., Атабекова А.И., 1974). В литературных памятниках люпин впервые упо минается у греческого врача Гиппократа (460-364 лет до н. э.), который, в своих книгах «О питании человека» даёт физиологическую оценку люпину, расценивая его в сравнении с другими бобовыми как наиболее питательное по своему составу средство. Более подробное описание люпина, и притом, в качестве сельскохозяйственной культуры, имеется у Теофраста (375-289 лет до н. э.) в работах «История растений» и «Физиология растений». С давних времён люпин возделывали как зерновую культуру, обезгорченные семена которого широко использовались в качестве пищевого продукта и в корм сельскохозяйственным животным. Известно было также применение люпина в качестве зелёного удобрения, восстанавливающего плодородие почвы.
В средние века люпин возделывался повсеместно в странах Средиземноморья: Италии, Франции, Испании, Португалии и др., где он сеялся на паровых полях и запахивался осенью в качестве удобрения. Сведения о люпине, прежде всего как о лекарственном, а затем как о пищевом и сидеральном растении, начинают проникать в страны Центральной Европы. К этому же времени относится первое упоминание о корневых клубеньках люпина в книге V. Cordus «Annotationes», опубликованной в 1561 г. Все эти сведения относятся к ботаническому виду Lupinus albus. Неоднократные попытки введения этого вида люпина в Германии в культуру не увенчались успехом, так как белый люпин встречал здесь два препятствия. Одно из них заключалось в позднеспелости культуры и в необходимости постоянного завоза семян из других стран. Другое затруднение было связано с поражением белого люпина фузариозом. Возникла необходимость поиска других, более подходящих для Германии видов люпина. Такими видами оказались жёлтый люпин - Lupinus luteus L. и узколистный люпин - Lupinus angustifolius L., которые в диком виде произрастали почти во всех странах Средиземноморского побережья. Со времени начала окультуривания этих видов в истории культуры люпина наступил новый этап (Алексеев Е.К., 1940). Наконец, в Германии было обеспечено нормальное и надёжное вызревание семян, что способствовало быстрому расширению площадей посева люпина. К концу XIX столетия они достигали 400 тыс. гектаров. Однако введённые в культуру виды люпина не были ещё достаточно окультурены и сохранили многие признаки дикорастущих растений. Оба вида характеризовались высоким содержанием алкалоидов и были пригодны только для использования на зелёное удобрение и для кормления овец. Животные, в том числе нередко и овцы, при поедании люпина заболевали так называемым люпино-зом, часто заканчивавшимся их гибелью. Различные способы искусственного обезгорчивания семян не получили сколько-нибудь широкого распространения ввиду их дороговизны, а также ввиду сильного снижения при этом содержания в них питательных веществ. Появление в начале XX века более дешёвых минеральных удобрений также послужило причиной снижения посевных площадей люпина. В результате общая площадь посевов люпина в Германии к тридцатым годам сократилась вдвое.
Впервые идея о выведении люпина, лишённого горьких и ядовитых алкалоидов и полностью пригодного для кормового использования была высказана Т. Рёмером (1916) и несколько позднее Д.Н. Прянишниковым (1924) (Хотылева Л.В., Савченко А.П., 1988). К отысканию безалкалоидных или малоалкалоидных люпинов делались многочисленные, но безуспешные попытки. Основным препятствием в этом отношении было отсутствие методов быстрого и дешёвого определения содержания алкалоидов, пригодного для массового анализа многих тысяч отдельных растений. Такая методика была впервые разработана в Центральном институте генетики (г. Мюнхеберг под Берлином) селекционером Зенгбушем, который в 1927-1930 гг. выделил практически безалкалоидные формы жёлтого (3 растения) и узколистного люпина (2 растения). Признак безалкалоидности оказался устойчивым, и новый - сладкий люпин, и по продуктивности не уступал горькому люпину. На этой основе началась интенсивная селекционная работа по выведению кормовых люпинов. Первоначально разработанные Зенгбушем методы анализа на содержание алкалоидов и результаты селекции были строго засекречены и опубликованы лишь в 1942 г. На вывоз семян новых сортов был также наложен строжайший запрет.
Большой и непрерывно возраставший интерес к люпину имел место в Польше, где обилие песчаных земель вызывало заботу об их улучшении. Возделывание люпина в Польше началось с 1850 г. с люпина узколистного, семена которого были завезены из Германии. За сорок лет культура стала повсеместно известной, и возделыванием его на зелёное удобрение занимались не только крупные, но и мелкие хозяйства. Серьёзная и планомерная селекционная работа с люпином начата в Польше с 1890 г. В развитии научной работы с люпином большую роль сыграл Познаньский центр под руководством профессора С.Барбацкого, где проводилась не только селекционная работа, но и разработка приёмов его агротехники.
В Россию первые сведения о люпине проникают ещё до введения его в культуру в Германии. Наиболее ранние указания на люпин в качестве декоративного растения имеются в Трудах Вольно-Экономического Общества 1811 г. И только в шестидесятых годах XIX столетия в журналах и газетах начинает появляться ряд статей, посвященных культуре люпина и её значению как зелё ного удобрения. Большая заслуга в распространении в России люпина как си деральной культуры принадлежит профессору С. М. Богданову и академику Д.Н. Прянишникову, настойчиво пропагандировавших люпин в своих многочисленных статьях и выступлениях. Коллективные опыты 1910-1914 гг. в ряде губерний (Черниговской, Волынской, Киевской, Минской, Могилёвской) с посевом люпина на зелёное удобрение в паровых полях крестьянских земель под ф крепили пропаганду люпина и сыграли видную роль в деле распространения его культуры. Они показали возможность значительного повышения урожаев ржи без применения навозного удобрения (Майсурян Н.А., Атабекова А.И., 1974). В эти же годы для широкого изучения люпина и проведения селекционной работы с ним организуется ряд опытных станций в зоне супесчаных и песчаных почв. В 1913 году была создана Беняковская, в 1914 году Полесская и в 1916 году Новозыбковская сельскохозяйственные опытные станции. Первоначально исследования на этих станциях были направлены на изучение люпинов в качестве сидератов. Систематическое изучение агротехники люпина, разработка новых методов его возделывания и приёмов семеноводства было начато первым директором Новозыбковской опытной станции Е. К. Алексеевым ещё в 1917 г. Здесь же начиналась в 1923 г. планомерная селекционная работа с люпином, в результате которой был выведен ряд продуктивных сортов узколистного люпина на зелёное удобрение.
Климатические и агрометеорологические условия
Исследования проводились в 2002-2004 гг. на опытном поле Брянской государственной сельскохозяйственной академии, расположенном в 22 км к юго-западу от г. Брянска. Климатические условия Брянской области определяются её географическим положением. Область расположена в западной части Русской равнины, в умеренном поясе на пути движения преобладающих западных воздушных масс из Атлантики. Поверхность территории (34,8 тыс.км ) области представляет собой слабоволнистую равнину с общим пологим склоном с северо-востока на юго запад. Климат области умеренно континентальный, характеризуется тёплой и влажной зимой, умеренно тёплым летом. Иногда оказывают влияние вхожде ния арктических воздушных масс, вызывающие резкое похолодание зимой, поздние весенние (и в начале лета), а также ранние осенние заморозки. Средняя температура воздуха самого холодного месяца - января колеблется от -7,3 до 8,9 С, а наиболее тёплого - июля составляет +18,0 - 19,5 С. Годовая амплитуда среднемесячной температуры воздуха равна 27 С, а разность между абсолютной максимальной и абсолютной минимальной температурой достигает 74-80 С. В отдельные годы температура воздуха падает до 42 мороза (абсолютный минимум). Летом же наблюдается повышение температуры до 39 С (абсолютный максимум). Безморозный период начинается в первой декаде мая и заканчивается в конце сентября - начале октября. Период с температурой выше 10 С (период активной вегетации) длится 136-154 дня, сумма температур за это время составляет 2150-2450 С. Годовой приход суммарной радиации со-ставляет в среднем около 89-90 ккал/см . . По количеству осадков территория области относится к зоне умеренного увлажнения. По средним многолетним данным годовая сумма осадков составляет 530-650 мм, при этом на холодный период приходится примерно 30-35%, а на тёплый 65-70%. На вегетационный период приходится 330-470 мм, однако распределение их по месяцам неравномерно. Вторжения арктических антициклонов иногда приводят к засухе. Показателем влагообеспеченности периода вегетации служит гидротермический коэффициент (ГТК), который равен отношению суммы осадков к их испаряемости, выраженной суммой температур воздуха за период с температурой выше 10 С, уменьшенной в 10 раз. ГТК изменяется от 1,4 на северо-западе до 1,3 на юго-востоке области (Агроклиматический справочник по Брянской области, 1988).
В целом климатические условия области вполне благоприятны для возделывания большинства сельскохозяйственных культур, в том числе люпина жёлтого и узколистного.
Общеизвестно, что на эффективность симбиоза зернобобовых культур с клубеньковыми бактериями существенное влияние оказывают метеорологические условия года, что в конечном итоге находит своё отражение на величине и качестве урожая. Погодные условия в годы исследований характеризовались разнообразием (табл.1).
Условия вегетационного периода 2002 года резко отклонялись от нормы. За период апрель-август выпало лишь 143,3 мм осадков, что более чем в 2 раза ниже среднего многолетнего их количества. В конце апреля, во время появления всходов люпина и начала формирования симбиотического аппарата, почва была достаточно увлажнённой. Но установившаяся в дальнейшем засуха, продолжавшаяся с мая по август включительно, нарушила нормальное протекание симбиотической фиксации азота, хотя тепловой режим и был оптимальным. Так, в развитии растений возникла критическая ситуация в период бутонизация - цветение и завязывание плодов, когда люпин особенно чувствителен к недостатку влаги. Июнь и июль - месяцы вегетационного периода, на которые пришлись эти фазы развития, были очень засушливы. Так в июне выпало лишь 30,3% осадков от средней многолетней нормы, а в июле - 35,7%. Дефицит влаги в это время послужил причиной резкого ограничения вегетативного роста, сокращения завязываемости плодов и понижения урожая по сравнению с урожаем в оптимальных условиях. Известно, что недостаточная влагообеспечен-ность бобовых во время вегетации приводит к безвременному лизису образованных к тому времени клубеньков.
Вегетационный период 2003 года начинался с затяжной весны. Апрель характеризовался низкими температурами, что в свою очередь сказалось на сроках посева, которые были сдвинуты практически на месяц по сравнению с предшествующим годом. За период апрель-август выпало 378,6 мм осадков, что на 78,6 мм больше средней многолетней нормы. В мае осадков выпало в 2 раза меньше нормы, но их дефицит ещё компенсировался запасами талых вод. Сум-ма осадков за июнь была близка к средней многолетней, а за июль она превысила среднюю многолетнюю норму на 33,2%.Таким образом, водный режим для формирования симбиотического аппарата был вполне благоприятным. В период налива и созревания семян потребность во влаге у растений люпина снижается, и важно, чтобы в это время стояла сухая и тёплая погода. Но в августе осадков выпало больше нормы на 34,8 %, при оптимальной для этого периода температуре воздуха (более 14С), что затруднило уборку урожая семян.
Температурный режим вегетационного периода 2003 года был в целом благоприятным, так как соответствовал температурным требованиям как культуры по всем периодам её развития, так и для формирования и функционирования симбиотического аппарата.
Погодные условия вегетационного периода 2004 года характеризовались оптимальным температурным режимом, но в выпадении осадков отмечалось резкое отклонение от нормы. Сумма осадков с апреля по август включительно превысила среднюю многолетнюю норму на 116 мм (38,7%). Чрезмерное выпадение осадков наблюдалось в мае, июне и июле. Так, в мае выпало 110 мм против 55 мм среднего многолетнего показателя, в июне 117 мм - против 65 мм, а в июле 143 против 82 мм. Переувлажнение почвы, нарушившее её нормальную аэрацию, несколько снизило эффективность работы симбиотического аппарата.
Формирование симбиотического аппарата
Клубеньковые бактерии, живущие в почве или же находящиеся на иноку-лированных семенах, по форме представляют собой короткие палочки диаметром 0,1 . . .0,4 мкм. Внедряясь через корневые волоски в клетки растущего корня растения-хозяина (макросимбионта) путём эндоцитоза, клубеньковые бактерии размножаются и преобразуются в бактероиды. Одновременно начинают делиться клетки корня растения-хозяина, образуя клубеньки, в которых и происходит процесс фиксации азота воздуха (Фёдоров М.В., 1952; Мишустин Е.Н., Шильникова В.К., 1968). Клубеньки на корнях люпина достигают крупных размеров (до 2-х см и более), имеют неправильную форму и сильно бугорчатую поверхность. Форма люпиновых клубеньков заметно отличается от клубеньков других бобовых. У люпина жёлтого и люпина узколистного клубеньки широко обрастают главный корень, возникая в местах выхода боковых корней первого порядка.
Одно из необходимых предварительных условий эффективного симбиоза - сортовая специфичность клубеньковых бактерий (Фёдоров М.В., Свитыч К.А., 1959; Доросинский Л.М., Афанасьева Л.М., 1976). По современным данным, сортовая специфичность клубеньковых бактерий контролируется генетически, как со стороны растения, так и со стороны бактерий (Тихонович И.А, Проворов и др., 1998; Шумный В .К., Сидорова К.К., и др., 2004). Сортовая специфичность связана с образованием особо специфичных соединений в оболочке бактерий (полисахариды) и корневого волоска (белки-лектины). Эти вещества взаимодействуют между собой по принципу иммунологических реакций (ген-антитело) и поэтому бактерия прочно прикрепляется к корневому волоску.
Ткань клубенька, заполненная бактероидами, приобретает розовую окраску, обусловленную пигментом - леггемоглобином. Если леггемоглобин не образуется и клубеньки приобретают серую или зеленоватую окраску, то азотфиксация в таких клубеньках не происходит. И хотя гены леггемоглоби-на находятся в геноме растения, продуцирование его зависит от свойств штамма бактерий. Штаммы бактерий должны быть специфичны, т.е. способны образовывать клубеньки на корнях данного вида и сорта бобового растения, вирулентны и конкурентноспособны, а также должны обладать высокой азотфиксирующей активностью (Кожемяков А.П., Доросинский Л.М.,1987; 1989; Орлов В.П., Орлова И.Ф., 1987).
При условии образования активного комплекса растение + Rhizobium -образуется взаимовыгодное сожительство, симбиоз. Макросимбионт аккумулирует солнечную энергию в процессе фотосинтеза и в виде химически связанной энергии углеводов и других веществ снабжает ею микросимбионта, который, в свою очередь обеспечивает потребности растения-хозяина в связанном азоте.
В условиях живой клетки восстановительный процесс связывания азота с водородом происходит с помощью фермента нитрогеназы.
Сим биотическая фиксация азота - аэробный процесс. Кислород связывается леггемоглобином и используется в процессе окисления углеводов с высвобождением энергии для фиксации азота. С уменьшением доступа кислорода к корням растений снижается содержание леггемоглобина и фиксация азота воздуха. На тяжёлых заплывающих почвах даже активные штаммы клубеньковых бактерий образуют мелкие клубеньки с низким содержанием леггемоглобина и без него (Шевчук В.Е., 1964).
Наши исследования показали что, образование клубеньков по всем вариантам опыта в 2002 году происходило через 9 дней после всходов, во время появления 5-6 листа (фаза стеблевания) у люпина узколистного и в фазу розетки у люпина жёлтого. Через 14 дней после всходов в клубеньках появился красный пигмент - леггемоглобин. В 2003 и 2004 годах появление первых видимых клубеньков было зафиксировано через 6 дней после всходов, во время появления четвёртого листа у люпина узколистного и через 8 дней -фаза розетки у люпина жёлтого. Переход клубеньков в активное состояние отмечался в 2003 году через 8 дней, а в 2004 году - через 10 дней после их образования у обоих видов. К фазе блестящего боба клубеньки начинали зеленеть - леггемоглобин переходил в холеглобин, что свидетельствовало о завершении активного симбиоза. В конце вегетации наблюдался полный лизис клубеньков.
Продолжительность общего симбиоза - периода от начала образования клубеньков до их полного лизиса, составила 70. . .90 дней у люпина жёлтого и 67. . .84 дня у люпина узколистного. Продолжительность активного симбиоза - периода функционирования клубеньков с леггемоглобином - 60. . . 80 дней у люпина жёлтого и 55. . .70 дней у люпина узколистного, в зависимости от погодных условий вегетационного периода и биологических особенностей сорта. Наиболее продолжительным периодом активного симбиоза отличались растения люпина жёлтого с.н. 1408, а среди изучаемых сортов люпина узколистного - Кристалл, Белозёрный 110, Снежеть (табл. 2).
Наибольшая продолжительность общего и активного симбиоза была отмечена в 2003 году, наиболее благоприятном по метеорологическим показателям, а наименьшая - пришлась на засушливый 2002 год. По вариантам внутри сорта различий в продолжительности общего симбиоза и активного симбиоза практически не было, из чего можно заключить, что эти показатели не зависят от инокуляции. Результаты исследований показали, что продолжительность активного симбиоза ниже продолжительности общего симбиоза на 9-16 дней у люпина жёлтого, и на 12-16 дней у люпина узколистного.
По данным Г.С. Посыпанова (1991) важным показателем, характеризующим условия симбиоза, является процент растений с клубеньками или ноду-ляция. В контроле (без инокуляции) во все годы исследования клубеньки образовались за счёт спонтанных клубеньковых бактерий, таким образом, во всех вариантах все растения были нодулированы.
Динамика роста и выживаемость растений
Бобовые растения, находясь в симбиозе с клубеньковыми бактериями, образуют целостную физиологическую систему, обусловливающую специфику их физиологии и в целом обмена веществ.
Положительное влияние клубеньковых бактерий на растение обусловлено не только их симбиотрофным азотным питанием, но и способностью продуцировать различные физиологически активные вещества, обеспечивающие рост и развитие растений. Установлено, что они синтезируют вещества ауксиновои и цитокининовои природы, влияют на изменение качественного состава и количественного содержания стимуляторов роста самого растения-хозяина, продуцируют витамин С, витамины группы В и другие. Кроме того, клубеньковые бактерии повышают устойчивость бобовых культур к различным патогенам.
Рост растений - это сложный процесс, связанный с увеличением размеров и массы растений. Интенсивность роста растений люпина вначале периода вегетации в вариантах с применением инокуляции изменялась незначительно. Наиболее интенсивный рост люпина происходил в межфазный период стеблевание - цветение (таблицы 7, 8). В контрольных вариантах суточный прирост высоты растений люпина составлял в межфазный период стеблевание - бутонизация 1,2 - 2,3 см, а в вариантах с инокуляцией - до 1,6 - 2,8 см, в период бутонизация - цветение без ризоторфина - 2,2 - 2,8 см, в симбиозе с комплементарными штаммами -2,3 - 3 см.
Дисперсионный анализ результатов наблюдений за высотой растений люпина в фазу сизых бобов показал, что этот показатель существенно изменялся по годам исследований. Так, в засушливый вегетационный период 2002 года растения люпина жёлтого были меньше по высоте в среднем на 9,7 см по сравнению с благоприятным 2003 годом и на 14 см по сравнению с 2004 годом, период вегетации которого характеризовался избыточным увлажнением. В 2002 году фаза розетки затянулась у люпина жёлтого до месяца. У люпина узколистного колебания по высоте стеблей были ещё значительнее, так как этот вид люпина менее устойчив к засухе. В 2002 году высота растений люпина узколистного была на 14,9 см меньше, чем в 2003 году, и на 17 см меньше, чем в 2004 году.
Как известно, от снабжения растений необходимыми макро- и микроэлементами зависит их линейный рост. Наиболее сильное влияние на этот процесс оказывает азот, что связано с синтезом белка и нуклеиновых кислот. Нашими исследованиями отмечена положительная прямая связь между высотой стебля у растений и применяемым приёмом предпосевной инокуляции семян. Растения одного сорта в вариантах, где использовался ризоторфин, отличались большей высотой стеблей (таблицы 7, 8). Причём высота стебля заметно увеличивалась неодинаково, а в зависимости от применяемого штамма Rhizobium lupini (рис. 6).
Наиболее отзывчивым на инокуляцию, судя по разнице в приросте стебля, среди сортов люпина жёлтого оказался сорт Ипутьский, который увеличивал высоту стебля на 3,4 - 4,2 см по сравнению с контрольным вариантом. Существенная прибавка по высоте стебля в сравнении с контрольным вариантом наблюдалась у этого сорта в симбиозе со штаммом 367а во все годы исследования. В 2004 году высота стебля растений этого сорта существенно увеличилась по сравнению с контролем также и в вариантах с применением других штаммов, а в 2003 году наблюдалось снижение роста растений в симбиозе со штаммами 363а и 385а по сравнению с контролем. Селекционный номер 1408 характеризовался меньшими различиями вариантов с инокуляцией и контролем, и объясняется это тем, что новые сорта зачастую особенно восприимчивы как к производственным штаммам, так и к местным штаммам ризобий. Сорт Дружный 165 увеличивал прирост стебля в связи с инокуляцией на 1,2 - 3,3 см в благоприятные по погодным условиям годы, и на 1,4 см в засушливый 2002 год. Существенно увеличивала рост растений сорта Дружный 165 и с.н. 1408 инокуляция всеми штаммами лишь в 2004 году. Штаммы 363а и 367а положительно влияли на высоту растений этих сортов в 2003 году, а сорта Дружный 165 и в 2002 году. Высота растений с.н. 1408 существенно увеличилась в 2002 году лишь в варианте инокуляции штаммом 367а.
В засушливых условиях вегетационного периода 2002 года существенная прибавка к контрольному варианту в росте растений люпина узколистного была отмечена у сорта Кристалл в симбиозе со всеми применяемыми штаммами, у сорта Дикаф 14 - со штаммом 363а, а высота растений сорта Немчиновский 846 в связи с инокуляцией вообще существенно не изменилась. В благоприятные для симбиоза 2003 и 2004 годы положительное влияние инокуляции наблюдалось у всех сортов и во всех вариантах без исключения. В этих условиях наиболее отзывчивыми на инокуляцию были сорта Снежеть и Белозёрный ПО. Так, растения сорта Снежеть в симбиозе со штаммом 385а увеличивали высоту стебля на 4,4 - 5,9 см, а растения сорта Белозёрный ПО в симбиозе со штаммом 367а - на 4,3 - 5 см. Такие различия по сортам подтверждают встречающиеся в литературе данные о том, что новые сорта отличаются значительно большей отзывчивостью на инокуляцию, как в целом в большей степени проявляют свой биологический потенциал в любых условиях внешней среды.
Результаты наших наблюдений за полевой всхожестью и изреживаемостью люпина в опыте подтверждают положение о значительно лучшей устойчивости растений к комплексу неблагоприятных факторов среды в вариантах с применением ризоторфина (таблицы 9,10).
