Статья: Отзывчивость растений сахарной свеклы на инокуляцию не фиксирующими азот и азотфиксирующими бактериями рода Pseudomonas на черноземе выщелоченном

Отзывчивость растений сахарной свеклы на инокуляцию не фиксирующими азот и азотфиксирующими бактериями рода Pseudomonas на черноземе выщелоченном

В.П. Шабаев

Изучали влияние инокуляции растений сахарной свеклы селекционными чистыми культурами Pseudomonas fluorescens 20, P. putida 23 и смешанной культурой этих бактерий на урожай и вынос азота из почвы в вегетационном опыте и двухлетнем микрополевом опыте на черноземе выщелоченном. Оценивали эффект повторной инокуляции растений бактериями во второй вегетационный период.

Response of sugar beet to inoculation with n2-unfixing and n2-fixing bacteria of pseudomonas genus in leached chernozem

V.P. Shabaev

Significant increase of sugar beet yield and N-uptake in plants inoculated with selected pure cultures of N2-unfixing bacterium P. fluorescens 20 and N2-fixing bacterium P. putida 23 and mixed bacterial culture have been found in pot experiment and in 2-year pot experiment in a field conditions in leached chernozem. Inoculation with N2-fixing bacterium P. putida 23 led to maximum effect as a result of improving of nitrogen nutrition of plants. Increases of effect of inoculation with pure cultures of bacteria in the second year have been found. The soil and experimental conditions influence significantly the efficiency of inoculation.

Сегодняшний кризис в аграрной отрасли, вызванный резким сокращением применения удобрений, заставляет обратить внимание на рациональное использование природных ресурсов с целью устойчивого производства растениеводческой продукции. В этой связи проблема применения микроорганизмов -- стимуляторов роста растений -- в том числе фиксирующих молекулярный азот, выходит на одно из первых мест. Среди микроорганизмов, стимулирующих рост растений, все большее внимание привлекают флуоресцирующие бактерии рода Pseudomonas, в первую очередь как средство биологической защиты от фитопатогенных микроорганизмов в ризосфере растений или как агенты биоконтроля (1, 2). У некоторых бактерий рода Pseudomonas обнаружена способность к фиксации молекулярного азота (3-5). При внесении в почву псевдомонад и инокуляции бактериями выявлены стимуляция роста и увеличение урожайности растений ряда сельскохозяйственных культур, в том числе корнеплодов сахарной, столовой и кормовой свеклы (3, 6, 7). свекла селекция бактерия урожай

Целью нашей работы было исследование влияния инокуляции растений сахарной свеклы селекционными чистыми культурами бактерий P. fluorescens 20 и P. putida 23 (соответственно не фиксирующими и фиксирующими азот), а также смешанной культурой этих бактерий на урожай и вынос азота из почвы.

Методика. Исследования проводили в условиях вегетационного опыта и двухлетнего микрополевого опыта на черноземе выщелоченном (Тульская обл.) в сетчатом павильоне Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН; объектом служили растения сахарной свеклы сорта Ялтушковская. Почва имела следующие показатели: pHKCl -- 6,25; Сорг. -- 3,60 %; Nобщ. -- 0,34 %; Са и Mg (1 н. KCl) -- соответственно 18,0 и 3,5 мг-экв/100 г почвы; P2O5 и K2O (0,5 н. CH3COOH) -- соответственно 32,3 и 34,6 мг/100 г почвы.

Вегетационный опыт В сосудах, содержащих 5 кг воздушно-сухой почвы, выращивали по два растения на фоне внесения NPK из расчета по 80 мг действующего вещества (д.в.) на 1 кг почвы при инокуляции суспензией чистых культур P. fluorescens 20, P. putida 23 и смешанной культуры этих бактерий (1:1).

Микрополевой опыт. В сосудах без дна, изготовленных из винипласта, площадью 0,1 м2 (0,330,330,33 м), содержащих 30 кг воздушно-сухой почвы, в течение двух вегетационных периодов выращивали по четыре растения на фоне внесения каждый год при посеве NPK из расчета по 0,8 г д.в/сосуд, или по 8 г д.в/1 м2, при инокуляции суспензией чистых культур P. fluorescens 20, P. putida 23 и смешанной культуры этих бактерий (1:1).

Пророщенные семена при посеве инокулировали водными суспензиями бактерий из расчета 107 клеток на одно растение. В контроле (вариант без инокуляции) использовали убитые автоклавированием бактериальные клетки. В корнеплодах и надземной части растений (ботве) после уборки определяли содержание азота (3).

Результаты. Инокуляция чистыми культурами бактерий обоих видов во всех опытах способствовала увеличению массы корнеплодов сахарной свеклы (табл. 1). В микрополевом опыте в первый год исследований урожай корнеплодов при обработке инокулятом азотфиксирующих бактерий P. putida 23 был выше, чем таковой при инокуляции не фиксирующими азот бактериями P. fluorescens 20. В вегетационном опыте отмечена тенденция увеличения массы растений под влиянием инокуляции азотфиксирующими бактериями, что, вероятно, обусловлено менее благоприятными условиями, чем в микрополевом опыте. Так, прибавка по массе сырых и сухих корнеплодов растений, инокулированных P. putida 23, в микрополевом опыте (первый вегетационный период) достигала соответственно 25 и 38 %. Эффект инокуляции чистыми культурами бактерий в вегетационном и микрополевом опытах в первый год исследований проявлялся в увеличении урожая корнеплодов; масса надземной части растений при этом практически не изменялась.

Урожай сахарной свеклы при инокуляции растений бактериями рода Pseudomonas

При инокуляции смешанной бактериальной культурой по сравнению с чистой культурой P. putida 23 во всех вариантах опыта не наблюдалось существенного увеличения урожая корнеплодов, и лишь в условиях микрополевого опыта первого года исследований несколько возрастала масса ботвы.

Урожай корнеплодов сахарной свеклы в контроле во второй год исследований в микрополевом опыте был более чем в 1,5 раза ниже, чем в первый год. Кроме того, масса растений и особенно корнеплодов у инокулированных образцов во второй год исследований оказалась существенно меньше, чем в первый. На фоне значительного снижения урожая у неинокулированных растений второго года исследований эффект повторной инокуляции культурой P. fluorescens 20 возрастал, достигая по прибавкам массы корнеплодов 37-38 %. При обработке азотфиксирующими бактериями на второй год получена несколько большая прибавка урожая по сравнению с первым, причем инокуляция бактериями обоих видов способствовала увеличению массы как корнеплодов, так и ботвы. Однако при инокуляции P. putida 23 и смешанной бактериальной культурой происходило более значительное увеличение надземной массы растений.

При инокуляции бактериями рода Pseudomonas во всех вариантах опыта не обнаружено значительных изменений по содержанию азота как в растениях, так и корнеплодах (табл. 2). Под влиянием инокуляции возрастал вынос азота растениями (мг/сосуд) вследствие увеличения биомассы, поэтому у инокулированных образцов по этому показателю отмечены те же закономерности, что и по урожаю (см. табл. 1). В микрополевом опыте в условиях, наиболее благоприятных для роста, при инокуляции P. putida 23 в первый вегетационный период содержание азота в растениях, в том числе и корнеплодах, было выше, чем при инокуляции P. fluorescens 20. В первый год исследований в микрополевом опыте максимальный вынос азота обнаружен при инокуляции растений смешанной бактериальной культурой в результате значительного увеличения выноса элемента ботвой.

Вынос азота растениями на второй год вегетации, в том числе после инокуляции, был так же, как и урожай, в 1,5 раза меньше, чем в первый год. Это, несомненно, связано с выносом азота растениями и уменьшением его запасов в почве в результате предшествующего выращивания культуры. На второй год в отличие от первого под влиянием инокуляции бактериями обоих видов в значительно бульшей степени по сравнению с контролем возрастало содержание азота в растениях в основном за счет увеличения его количества в ботве, а также корнеплодах. В этот год инокуляция P. putida 23 способствовала увеличению выноса азота растениями в большей степени, чем обработка P. fluorescens 20.

Содержание в растениях сахарной свеклы и вынос с урожаем азота при инокуляции бактериями рода Pseudomonas

Следовательно, эффект действия инокуляции бактериями рода Pseudomonas зависит от условий проведения опытов и состояния почвы. Меньшую отзывчивость растений на инокуляцию бактериями в первый год исследований по сравнению со вторым можно объяснить более высоким содержанием азота в почве, что обеспечило формирование высокого урожая и вынос азота растениями даже в вариантах без инокуляции (контроль). Снижение урожая растений сахарной свеклы на второй год вегетации обусловлено выносом азота из почвы за предшествующий год, поэтому отзывчивость на инокуляцию возросла.

Увеличение урожая корнеплодов сахарной свеклы и выноса азота растениями при инокуляции азотфиксирующими бактериями P. putida 23 наряду с повышением усвоения азота из почвы также, несомненно, связано с возрастанием содержания биологического азота в растениях (фиксированного бактериями в ризосфере и включенного в растения), как это было установлено на примере столовой свеклы (3). Проведенные нами ранее опыты с кормовой свеклой при инокуляции не фиксирующими азот бактериями P. fluorescens 20 также дают основание считать, что повышение урожая корнеплодов сахарной свеклы и содержания азота в инокулированных растениях наряду с выносом этого элемента из почвы может быть связано с увеличением количества биологического азота в урожае (7). В опытах с кормовой свеклой при инокуляции P. fluorescens 20 в ризосфере растений происходит индукция азотфиксирующей активности, которая, как предполагается, у бактерий с низкой интенсивностью азотфиксации происходит под влиянием корневых выделений (7-9).

Таким образом, проведенные нами исследования в условиях вегетационного и двухлетнего микрополевого опытов показывают, что инокуляция растений сахарной свеклы бактериями рода Pseudomonas позволяет повысить урожай и вынос азота растениями при их выращивании на черноземе выщелоченном. На фоне внесения в почву минеральных (NPK) удобрений из расчета по 8 г д.в/м2 (по 80 кг/га) в микрополевом опыте инокуляция растений сахарной свеклы азотфиксирующими бактериями P. putida 23 имеет преимущество перед таковой не фиксирующими азот бактериями P. fluorescens 20: урожай корнеплодов повышается в результате создания лучших условий азотного питания. Положительное влияние бактерий (особенно P. fluorescens 20) возрастает при повторной инокуляции во второй вегетационный период. Использование смешанной бактериальной культуры не имеет преимуществ по сравнению с чистыми культурами. Эффективность инокуляции бактериями Pseudomonas зависит от условий проведения опытов и состояния почвы.

Литература

1. Смирнов В.В., Киприанова Е.А. Бактерии рода Pseudomonas. Киев, 1990.

2. WellerD.M. Biological control of soilborne plant pathogens in the rhizosphere with bacteria. Ann. Rev. Phytopathology, 1988, 26: 379-407.

3. Шабаев В.П., Смолин В.Ю., Сафрина О.С. Азотфиксация в ризосфере, урожай столовой свеклы и баланс азота в пойменной почве при применении азотфиксирующих бактерий рода Pseudomonas. Агрохимия, 1995, 11: 3-14.

4. Умаров М.М., Бурлуцкая Г.Р., Давидович О.Г. и др. Влияние инокуляции бактериями рода Pseudomonas на процессы азотного цикла в ризосфере небобовых растений. Микробиология, 1994, 63, 2: 326-333.