Продукция, полученная с участием симбиотически фиксированного азота, отличается высокими пищевыми и кормовыми качествами и является совершенно безвредной для человека и животных [8]. Использование в растениеводстве таких агротехнических приемов, как предпосевная обработка семян биопрепаратами и регуляторами роста с целью повышения урожайности бобовых культур может рассматриваться в связи с активностью процессов азотфиксации. Эффективность данного приема может быть связана с тем, что клубеньковые бактерии продуцируют ростостимулирующие соединения. Функции биологически активных веществ, как гормонов координаторов, обеспечивают растениям ростовую и метаболическую регуляцию, а при правильной агротехнике высокую эффективность бобово-ризобиального симбиоза [2].
Поэтому целью настоящих исследований явилось изучение влияния биопрепаратов ризоторфина, альбита и регуляторов роста корневина и эпина-экстра на эффективность бобово-ризобиального симбиоза и продуктивность растений фасоли разных сортов.
Материал и методы исследований
Полевые опыты проводили в ФГБНУ Всероссийский научно-исследовательский институт зернобобовых и крупяных культур (Орловская область). Почва – темно-серая лесная среднесуглинистая, средней окультуренности, содержание гумуса по Тюрину – 5,4%, легкогидролизуемого азота по Коновой – 125 мг/кг почвы, подвижного фосфора – 195, обменного калия по Кирсанову – 179 мг/кг почвы; рН солевой вытяжки – 6,0, гидролитическая кислотность – 4,6 мг·экв/100 г почвы. Повторность опытов – 4-кратная, расположение вариантов рендомизированное, площадь делянки -4-4,5м2.
Объектами исследования были растения зерновой фасоли сортов Гелиада и Шоколадница селекции ФГБНУ ВНИИЗБК. Гелиада – сорт раннеспелый, детерминантного типа развития, стебель обычный, расположение боковых ветвей плотное, технологичный (пригоден для уборки прямым комбайнированием), характеризуется высокой завязываемостью бобов на растении и их озерненностью, а также низкой травмируемостью семян при обмолоте, высокоурожайный. Шоколадница – сорт среднеспелый, стебель детерминантный, устойчив к полеганию, характеризуется равномерным созреванием бобов на растении, компактным расположением боковых ветвей к главному стеблю, высоким прикреплением нижних бобов, высокой продуктивностью, устойчивостью к основным заболеваниям фасоли. Семена замачивали в течение 3 ч в растворах альбита, корневина, эпина-экстра в концентрации 10-6М, затем подсушивали, перед посевом обрабатывали ризоторфином. Варианты опыта: Ι – контроль, без обработки, ΙΙ – обработка семян ризоторфином, ΙΙΙ – обработка семян альбитом, на фоне инокуляции ризоторфином, ΙV – обработка семян корневином, на фоне инокуляции ризоторфином, V – обработка семян эпином-экстра на фоне инокуляции ризоторфином. Ризоторфин (Rhizobium phaseoli, штамм 700) получен из ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии (Санкт-Петербург). Биопрепарат ризоторфин рекомендуется для предпосевной обработки семян бобовых растений. Применение ризоторфина обеспечивает высокую эффективность фиксации молекулярного азота симбиотической системой, увеличение содержания высококачественного белка в продукции, увеличение урожая бобовых на 10–40% [9]. Биопрепарат альбит разработан в Институте биохимии и физиологии микроорганизмов имени Г.К.Скрябина РАН (Пущино) совместно с научно-производственной фирмой ООО «Альбит» [1]. Биопрепарат альбит содержит очищенные действующие вещества из клеток бактерий Bacillus megaterium и Pseudomonas aureofaciens, которые в природных условиях обитают в ризосфере растений, стимулируют их рост и повышают устойчивость к болезням. Биопрепарат альбит обладает полифункциональным действием, проявляющимся в индукции роста растений и активизации микроорганизмов ризопланы и ризосферы растений [5].
Корневин – регулятор роста, действующее вещество – 4-(индол-3-ил)-масляная кислота (ИМК), механизм действия которого связан с активацией Н+-АТФазы пазмалемммы, чья непосредственная функция – растяжение в процессе роста. Ауксины действуют на фоне усиления показателей энергетического обмена, связанных с процессами дыхания и окислительного фосфорилирования [3]. Препарат эпин-эстра – синтетический аналог брассиностероидов, действующее вещество эпибрассинолид (ЭПБ). Фитогормон широкого диапазона действия, вызывает широкий спектр клеточных ответов, включая рост растений, прорастание семян, фиксацию азота, повышение устойчивости к биотическим и абиотическим стрессам [4, 10]. Препарат Эпин-экстра был приобретен в ВНИИА имени Д.Н.Прянишникова (г. Москва).
В процессе вегетации проводили фенологические наблюдения за динамикой роста и развития растений, учитывали массу и количество клубеньков по методу Г.С. Посыпанова [7]. Активность нитрогеназы в клубеньках определяли на газовом хроматографе «Цвет-106» [6], содержание белка – методом Кьельдаля. Проводили учет урожая и анализ его структуры. При статистической обработке результатов использовали программы Statistica for Microsoft Windows.
Результаты исследований и их обсуждение
Сорт Гелиада. Обработка семян растений биопрепаратами и регуляторами роста увеличивала показатели роста, надземную массу, количество и массу клубеньков, активность нитрогеназы (табл.1).
Таблица 1
Влияние биопрепаратов на рост и азотфиксирующую активность растений
|
Показатель |
Вариант |
||||
|
Ι |
ΙΙ |
ΙΙΙ |
ΙV |
V |
|
|
Надземная масса, г/растение |
14,8±1,01 12,7±1,02 |
15,9±1,03 13,2±1,07 15,9±1,01 |
20,1±1,03 14,2±1,01 |
15,4±3,96 17,6±4,24 |
18,2±4,30 9,9±3,10 |
|
Высота растений, см |
30,1±1,01 29,7±1,02 |
33,5±0,50 30,5±1,50 |
39,5±0,35 26 ± 1,1 |
32,5±5,76 29,5±5,49 |
37,5±6,10 24,5±5,00 |
|
Масса корней с клубеньками, г/растение |
1,70±1,50 1,97±0,8 |
1,92±1,40 2,03±2,02 |
1,86±1,3 2,20±1,2 |
1,85±1,37 1,89±1,39 |
1,90±1,40 1,70±1,30 |
|
Количество клубеньков, шт/растение |
9±1,1 20±1,5 |
10±1,2 23±1,5 |
16±1,02 18±1,2 |
17±4,16 12±3,5 |
17±4,1 18±4,2 |
|
Масса клубеньков, мг/растение |
39±1,2 85±1,5 |
41±1,4 90±2,5 |
65±2,1 31±2,2 |
69±8,45 36±6,06 |
78±8,9 43±6,6 |
|
Активность нитрогеназы, мкг N/растение/ч |
4,75±0,02 4,48±0,05
|
5,10±0,02 7,7±0,05 |
14,2±0,03 2,52±0,05 |
12,6±0,03 4,48±0,05 |
20,1±0,20 6,3±0,30 |
Примечание: верхняя строка – сорт Гелиада, нижняя строка – сорт Шоколадница
Наивысшие показатели азотфиксирующей активности растений отмечены при обработке биопрепаратом альбит и регуляторами роста корневином и особенно препаратом эпин-экстра на фоне инокуляции ризоторфином. Альбит, корневин и эпин-экстра также повышали содержание белка в листьях и семенах растений этого сорта (рис. 1). Возможно, положительное действие биопрепарата альбит связано с тем, что ризобактерии, входящие в состав препарата, в условиях полевого опыта усилили метаболизм клубеньковых бактерий, что способствовало повышению азотфиксирующей активности этих растений. Положительное действие регулятора роста корневина возможно связано с тем, что ИМК, как действующее вещество этого препарата, активизировала ИУК, которая всегда в небольших количествах синтезируется клубеньковыми бактериями, особенно в процессе внедрения ризобий в корневые волоски бобового растения при образовании клубеньков.
Многие виды почвенных микроорганизмов, обитающих в зоне корня, способны синтезировать ИУК и в результате усилить действие регулятора роста корневина. Стимулирующее действие препарата эпин-экстра возможно связано с проявлением свойств этого регулятора роста, который особенно эффективен в стрессовых условиях.
Рис. 1. Содержание белка в листьях и семенах растений фасоли
Анализ урожайных данных показал, что обработка биопрепаратами и регуляторами роста приводила к повышению урожая, по сравнению с контролем. Наибольший урожай 2,35 т/га получен у сорта Гелиада при обработке эпином-экстра (рис. 2). Данный год по климатическим условиям характеризовался как избыточно увлажненный, и регулятор роста эпин-экстра проявил свое положительное действие в стрессовых условиях.
Сорт Шоколадница. Анализ данных по влиянию биопрепаратов и регуляторов роста на показатели роста и азотфиксирующую активность показал, что в большей степени проявилось действие биопрепарата ризоторфин. Обработка семян растений ризоторфином приводила к увеличению показателей роста, надземной массы, массы корней с клубеньками, количеству и массы клубеньков и повышала активность нитрогеназы (табл. 1). Содержание белка в листьях и семенах растений этого сорта повышалось при обработке всеми используемыми биопрепаратами и регуляторами роста, по сравнению с контролем, но особенно при обработке ризоторфином (рис. 1). Эти данные коррелировали с результатами урожайных данных. Наибольший урожай 2, 6 т/га получен при обработке ризоторфином (рис.2).
Рис.2. Продуктивность растений фасоли сортов Гелиада и Шоколадница,НСР05 для сорта Гелиада 1,7; для сорта Шоколадница 1,4
Заключение
- Растения фасоли разных сортов проявили разную чувствительность к экзогенной
обработке биопрепаратами и регуляторами роста. У растений фасоли сорта Гелиада в большей степени проявилось действие препарата эпин-экстра, а также корневина, альбита и ризоторфина. Обработка этими биопрепаратами и регуляторами роста приводила к увеличению показателей роста, содержанию белка в листьях и семенах, нитрогеназной активности и урожайности этих растений.
2. У растений фасоли сорта Шоколадница в большей степени проявилось действие биопрепарата ризоторфин и регулятора роста эпин-экстра. Обработка семян фасоли этими препаратами увеличивала показатели роста, нитрогеназную активность и урожайность растений.
3. Для каждого сорта растений фасоли стереотип реакции на воздействие одного и того же вида возбудителя (Rhizobium) характеризуется устойчивостью, что подтверждает надежность взаимоотношений исследуемых систем. В условиях Орловской области перед посевом районированных сортов растений фасоли рекомендуется проводить обработку семян, прежде всего ризоторфином, а также эпином-экстра.
Рецензенты:
Маннапова Р.Т., д.б.н., профессор кафедры микробиологии и иммунологии (факультет почвоведения, агрохимии и экологии) ФГБОУ ВПО «Российский государственный аграрный университет – МСХА имени К.А. Тимирязева», г. Москва;
Белопухов С.Л., д.с.-х.н., профессор, заведующий кафедрой физической и органической химии ФГБОУ ВПО «Российский государственный аграрный университет – МСХА имени К.А.Тимирязева», г.Москва.