Спецможливості
Статті

Кожній рослині — свою “міні-фабрику” азоту

15.07.2008
217
Кожній рослині — свою “міні-фабрику” азоту фото, ілюстрація
Застосування мікробних препаратів азотфіксуючих бактерій у практиці рільництва є економічно вигідним агроприйомом, до того ж — екологічно безпечним.

Здатність бобових рослин накопичувати значну кількість білка в урожаї тісно пов’язана з їх унікальною особливістю формувати симбіоз із бульбочковими бактеріями. Бульбочкові бактерії (ризобії) — це досить численна група грунтових мікроорганізмів, які поширені в усіх кліматичних зонах Землі і є важливим компонентом природних біогеоценозів. Вони значно різняться за своїми властивостями, однак їх основною загальною особливістю є здатність проникати в кореневі волоски бобових рослин та утворювати спеціалізовані органи — бульбочки, в яких фіксується азот. Бульбочкові бактерії є найактивнішими азотфіксаторами, що пристосувалися до спільного життя з бобовими рослинами. Протягом довгого шляху еволюції бобові культури та бульбочкові бактерії, можна сказати, навчилися користуватись послугами один одного. Бобові створюють умови, потрібні для фіксації азоту з повітря бактеріями, а надлишок зв’язаного азоту надходить до рослин, повністю або частково забезпечуючи їхню потребу в азоті.
Бульбочки можна побачити на коренях бобових рослин неозброєним оком. Вони і є тими самими “міні-фабриками” з виробництва амонійних сполук азоту. У сої, квасолі, вігни, люпину білого бульбочки мають округлу форму, у гороху, конюшини, люцерни — вони циліндричної форми, часто з’єднані між собою в так звані друзи. На зрізі бульбочки мають червоний колір завдяки ферменту легоглобіну, який регулює надходження кисню і захищає від руйнування нітрогеназу — один із найскладніших природних ферментів. Саме цей фермент переводить недоступний для живих істот газоподібний азот у “їстівну” форму іона амонію NH4+.
Червоне забарвлення всередині бульбочки вказує на те, що в ній відбувається активна фіксація атмосферного азоту. Зелене або біле забарвлення зрізу бульбочки свідчить про неактивний симбіоз бобової рослини з бульбочковими бактеріями.
Зв’язана форма азоту, яку одержали внаслідок діяльності азотфіксуючих мікроорганізмів, називається біологічним азотом, на відміну від мінерального азоту добрив, який отримано фізико-хімічною фіксацією молекул азоту. Одним із реальних прийомів підвищення ефективності бобово-ризобіального симбіозу є застосування мікробних препаратів на основі активних штамів бульбочкових бактерій.
Перший препарат, названий нітрагіном, розробили німецькі вчені в 1897 році. Головні принципи його виробництва та застосування не змінилися й донині. Основою препарату є чиста культура ефективного штаму бульбочкових бактерій, розмножена в певному субстраті. Залежно від технології його виготовлення, такий препарат може мати різні назви (нітрагін, ризоторфін, ризобофіт, ризогумін), але незмінним залишається наявність у ньому значної кількості життєздатних, активних клітин бульбочкових бактерій.
Розробка мікробного препарату для бобових культур включає кілька основних етапів. На пошук одного активного штаму науковці витрачають майже п’ять років досліджень. І лише коли такі штами відібрано та перевірено в дослідах і виробничих посівах, на їхній основі виготовляють відповідні біологічні препарати.
В Інституті сільськогосподарської мікробіології УААН протягом багатьох років ведуть пошук активних штамів бульбочкових бактерій та відбір кращих із них для розробки бактеріальних препаратів. Створено колекцію перспективних штамів бульбочкових бактерій — симбіонтів різних видів бобових рослин (сої, люпину, гороху, люцерни, квасолі, еспарцету, козлятнику та ін.), яка входить до складу Колекції корисних грунтових мікроорганізмів Інституту, що має статус національного надбання України.
Основна характеристика бактеріальних препаратів — це титр бульбочкових бактерій (кількість життєздатних клітин ризобій в одному грамі або мілілітрі препарату). За міжнародними стандартами, в 1 г препарату повинно бути від 107 до 109 життєздатних клітин бульбочкових бактерій протягом гарантованого терміну їх зберігання, а чисельність сторонньої мікрофлори — не перевищувати 1%  кількості ризобій.
Для кожного виду бобових рослин виготовляють свій препарат на основі специфічного штаму бульбочкових бактерій. Це пов’язано із специфічністю взаємовідносин між цими організмами. У разі застосування невідповідного препарату, дія його не проявляється, оскільки штам бактерій (основа препарату) не утворює бульбочок з нечутливою до нього бобовою рослиною. Обов’язково на етикетці або в іншій документації повинно бути вказано, для якої культури виготовлено препарат.
Препарати бульбочкових бактерій виготовляють переважно в двох формах — твердій (сипкій) та рідкій. Тверда форма препарату (найбільш поширена) — це спеціально підготовлений торф або інший субстрат, в якому розмножено бульбочкові бактерії. Препарат розфасовано в поліпропіленові пакети. Його можна зберігати в темному прохолодному місці впродовж шести місяців.
Рідка форма препарату — це спеціальне рідке середовище, в якому розмножено бульбочкові бактерії. Препарат розливають стерильно в різні ємності: каністри, пляшки. Його можна зберігати не більше 14—20 днів. Пакети або ємності не можна відкривати до моменту використання препарату, тому що порушується стерильність, що згубно діє на бульбочкові бактерії.
Кращі мікробні препарати виготовляють у тих установах, де постійно проводять пошук активних штамів бактерій. Логіка проста: якщо спеціаліст добре знає всі особливості цих мікроорганізмів, він зуміє створити такі умови, щоб вони були активними і життєздатними в препараті.
Обробка насіння бобових культур біопрепаратами позитивно позначається на загальному стані рослин: вони мають кращі біометричні показники, посилюється процес азотфіксації, фотосинтезу, підвищується їхня стійкість до фітопатогенів, що в цілому сприяє формуванню більшого врожаю.
Останні 30 років увагу мікробіологів привертає явище асоціативної азотфіксації — активного зв’язування атмосферного азоту в кореневій зоні небобових культур. Причому, якщо з бобовими культурами в симбіотичні взаємовідносини вступають високоспецифічні бульбочкові бактерії, що супроводжується формуванням на корінні спеціальних структур — азотфіксуючих бульбочок, то на злакових та інших культурах ми не спостерігаємо видимих змін на коренях, проте азотфіксуючі бактерії формують прикореневий “чохол”, т. з. ризосферу. Саме ризосферні мікроорганізми фіксують атмосферний азот і поставляють його рослині-господарю. Розміри азотонакопичення при цьому значно менші, ніж у бобово-ризобіального симбіозу, але навіть додаткові 10–15 кг/га біологічного азоту є набагато ефективнішими за відповідну кількість мінерального азоту, оскільки азот у цьому разі надходить безпосередньо до рослини, не зустрічаючи на своєму шляху потужного мікробного фільтра, як це буває за внесення мінеральних добрив у грунт.
Розвиток досліджень асоціативної азотфіксації посприяв розробці мікробних препаратів для низки видів сільськогосподарських культур — озимого жита, озимої пшениці, гречки, ячменю, рису тощо. Їхнє застосування досить ефективне не тільки з огляду на додаткове забезпечення рослин азотом: мікроорганізми мають комплексну дію на перебіг окремих грунтових процесів та активізацію ферментних систем інокульованих сільськогосподарських культур. Передпосівна інокуляція сприяє суттєвому зростанню врожайності, вмісту білка та амінокислот у продукції. Так, виробнича перевірка ефективності мікробного препарату діазофіту на озимій пшениці в кількох господарствах Кагарлицького району Київської області засвідчила, що, в середньому, врожайність культури (випробовували 11 сортів) від цього агроприйому зростала на 4,2–11,4 ц/га за врожайності на небактеризованих ділянках на рівні 43–48 ц/га. На двох випробовуваних сортах ярої пшениці препарат забезпечив прибавку врожаю на 5,2 і 11,7 ц/га, відповідно.
Застосування бактеріального препарату діазобактерину для гречки забезпечує збільшення врожаю її зерна на 15 — 20%. Зростає вміст таких незамінних амінокислот, як валін і треонін, при цьому співвідношення “незамінні/замінні амінокислоти” змінюється на користь першого, що безперечно впливає на харчову цінність цього дієтичного продукту.
Зерно таких культур, як озима пшениця та озиме жито, теж має підвищений вміст білка. Поліпшується в ньому й співвідношення “білковий азот/азот мінеральних сполук”. Враховуючи ту обставину, що зерно, за міжнародними стандартами, тестують на вміст білка, продукція, що її одержали за участю мікробних препаратів, завжди є високого класу.
Бактеризація ініціює також інтенсивний розвиток рослин ячменю, що забезпечує приріст урожаю на рівні 16–25%.
Дія препаратів на основі асоціативних азотфіксаторів є комплексною, оскільки вони включають, крім активних мікробних клітин, фізіологічно активні речовини бактеріального походження, що суттєво розширює спектр їхнього позитивного впливу на культурні рослини. Так, біопрепарати на основі асоціативних азотфіксаторів підвищують ступінь використання сільськогосподарськими культурами мінеральних добрив, активізують низку ферментних рослинних систем, процес фотосинтезу, підвищують загальний імунний статус бактеризованих рослин, що позначається на врожайності культур та якості продукції.


В. Волкогон,
доктор с.-г. наук
Т. Ковалевська,
канд. біол. наук

Інтерв'ю
Горіхівництво залишається чи не найприбутковішим напрямком садівництва
Цікавість до горіхівництва як до прибуткового бізнесу зростає. Про особливості цього сегменту розповідає директор Інституту горіхоплідних культур Віталій Радько.     
Demydov1
В унікальній споруді на території арктичного архіпелагу Свальбард у Норвегії не так давно офіційно відкрито Всесвітнє сховище насіння. Дбаючи про майбутнє планети, людство прагне зберегти генофонд

1
0