Спецвозможности
Технологии

Влияние клубеньковых бактерий на выращивание фасоль

08.05.2021
6511
Влияние клубеньковых бактерий на выращивание фасоль фото, иллюстрация

Известно, что все бобовые обладают уникальной способностью тесно взаимодействовать с азотфиксирующими микроорганизмами - клубеньковыми бактериями (ризобиями), образуя на корнях специфические структуры - клубеньки.

 

 

 

 

 

 

На срезе они имеют красный цвет благодаря ферменту леггемоглобину, который регулирует поступление кислорода и защищает от разрушения нитрогеназу - один из самых сложных природных ферментов. Именно этот фермент переводит недоступный для живых существ газообразный азот в доступную форму иона аммония NH4+. Благодаря такому взаимовыгодному сосуществованию с клубеньковыми бактериями, которое называется симбиозом, бобовые растения полностью или частично обеспечивают свои потребности в азоте. Биологический азот может составлять 30-60% общей потребности растений в этом элементе.

Благодаря способности к азотфиксации клубеньковые бактерии рассматривают как ценный генетический ресурс для биотехнологии сельского хозяйства. Масштабы ежегодного производства микробных препаратов для инокуляции бобовых культур по площадям посевов достигают сотен миллионов гектаров.
 
В жизненном цикле клубеньковых бактерий условно выделяют две стадии. На первой (сапрофитной) стадии ризобии существуют в почве как обычные микроорганизмы, которые достаточно легко культивировать в лабораторных условиях. На второй (симбиотической) стадии они в клубеньках превращаются в бактероиды, в которых происходит фиксация азота из воздуха.
 
Способность клубеньковых бактерий уступать в эффективные симбиотические взаимоотношения с бобовыми растениями определяется такими свойствами ризобий, как: специфичность, вирулентность (нодуляционная способность), конкурентоспособность, высокая азотфиксирующая активность, выработка биологически активных веществ, которые положительно влияют на рост и развитие бобовых растений. Именно эти признаки клубеньковых бактерий используют в качестве критериев при отборе новых эффективных штаммов.

Под специфичностью понимают выборочную способность ризобий образовывать клубеньки на корнях бобовых растений определенного рода или вида. Специфичность является генетически закрепленным признаком ризобий, который не меняется под действием внешних факторов. Клубеньковые бактерии существенно различаются по этому свойству: одни виды ризобий (например Rhizobium leguminosarum) имеют широкий спектр растений-хозяев (горох, кормовые бобы, вика, чечевица, чина), другие (например R. galegae, Bradyrhizobium japonicum) характеризуются узкой специфичностью - формируют эффективный симбиоз только с одним видом бобовых растений - козлятником, соей соответственно.

Вирулентность - способность клубеньковых бактерий проникать в клетки корня растений, там размножаться и инициировать формирование клубеньков. Критерием вирулентности является скорость образования клубеньков.

Конкурентоспособность клубеньковых бактерий рассматривают как способность вирулентного штамма обеспечивать формирование наибольшего количества клубеньков на корнях бобового растения при наличии других вирулентных штаммов. Критерий конкурентоспособности - количество клубеньков, образованных каждым из вирулентных штаммов при их одновременном применении. Получение штаммов с высокой конкурентоспособностью является важным направлением современной селекции клубеньковых бактерий, поскольку низкая эффективность биопрепаратов в основном связана с неспособностью производственных штаммов конкурировать с почвенной ризобиальной микробиотой.

Азотфиксирующая активность клубеньковых бактерий - это способность в симбиозе с бобовым растением фиксировать азот и поставлять его растению.
 
С практической точки зрения важным признаком клубеньковых бактерий является их эффективность - способность повышать урожайность бобовых растений и содержание белка в продукции. По мнению многих авторов, повышение продуктивности растений не всегда является результатом только высокой активности симбиотической азотфиксации. Природа влияния ризобий, содержащихся в клубеньках, на растение значительно сложнее и включает целый ряд недостаточно изученных регуляторных взаимодействий. Эффективность штамма является интегральным показателем, который объединяет все симбиотические свойства штамма и показывает его вклад в производительность растения-хозяина. На поиск одного активного штамма расходуется до пяти лет. И только когда такие штаммы отобраны и проверены в полевых опытах и ​​производственных посевах, на их основе изготавливают соответствующие биологические препараты для бобовых культур.

Одной из важнейших зернобобовых культур мирового сельского хозяйства, которая по площади посева занимает второе место после сои, является фасоль обыкновенная (Phaseolus vulgaris L.). Зерно ее содержит от 28 до 30% белка, 2-3% жира, 45-52% углеводов и значительное количество витамина В1. Выращивают фасоль на зерно (лущильные сорта) или собирают в зеленом виде (овощные или спаржевые сорта).

В Украине посевы фасоли составляют 30-40 тыс. га и в основном сосредоточены на приусадебных участках частного сектора и в фермерских хозяйствах. Результаты работы отечественных селекционеров по созданию новых сортов фасоли, пригодных для прямого комбайнирования, дают уверенность в том, что в ближайшее время посевные площади этой важной пищевой культуры в стране будут постепенно увеличиваться.

Но, к сожалению, несмотря на перспективы расширения ассортимента сортов фасоли, азотфиксирующий потенциал этой культуры не используется в полной мере. Экологически безопасным способом повышения производительности фасоли является предпосевная инокуляция семян бактериями вида Rhizobium phaseoli, которые образуют азотфиксирующие клубеньки на корнях растений.
 
Учитывая, что фасоль является традиционной культурой для Украины, в почвах распространены местные популяции ризобий фасоли. Эти популяции могут выступать конкурентами штаммов-инокулянтов. В связи с этим актуальным является поиск конкурентоспособных и высокоэффективных штаммов клубеньковых бактерий фасоли, которые можно было бы использовать для создания новых микробных препаратов.
 
В предыдущие годы в Институте сельскохозяйственной микробиологии и агропромышленного производства НААН был получен и запатентован новый штамм R. phaseoli ФБ1, который является активным симбиотическим азотфиксатором, характеризуется высокой конкурентоспособностью относительно местных штаммов специфических ризобий и положительно влияет на продукционный процесс растений. Этот штамм используют как биоагент разработанных в институте биопрепаратов Ризобофита и Ризогумина.
 
Ризобофит для фасоли - биопрепарат на основе эффективного штамма клубеньковых бактерий фасоли, изготовленный путем глубинного их культивирования. При торфяной форме биопрепарата в качестве носителя используется стерильный торф. Жидкий препарат имеет небольшой срок хранения, поэтому его следует использовать в течение 20 дней с момента изготовления. Торфяной препарат может храниться в течение трех-шести месяцев. И хотя использование жидкого препарата технологически удобнее, однако торфяной Ризобофит надежнее по эффективности.

Аналогичным Ризобофиту, однако более функциональным, является новый микробный препарат - Ризогумин для фасоли. Это биопрепарат комплексного действия, который включает кроме культуры клубеньковых бактерий R. phaseoli физиологически активные вещества (в частности ауксины и цитокинины в оптимальных для взаимодействия бактерий с растениями количествах), макроэлементы в небольшом количестве, и микроэлементы в хелатной форме. Ризогумин изготавливают в двух формах - жидкой и торфяной. Жидкий препарат расфасовывают в две емкости (в одной содержится бактериальная культура, во второй - раствор физиологически активных веществ, макро- и микроэлементов). Срок хранения жидкого препарата - до 20 дней. Торфяной препарат может храниться при температуре не выше 10°С до шести месяцев.

 

Применение биологических препаратов клубеньковых бактерий при выращивании зерновой фасоли

Эффективность микробного препарата Ризобофит на основе штамма R. phaseoli ФБ1 исследовали в полевых опытах с зерновой фасолью сорта Щедрая в почвенно-климатических условиях Полесья Украины (опытное поле Института сельскохозяйственной микробиологии и агропромышленного производства НААН).
 
По результатам исследований, проведенных в почвенно-климатических условиях Полесья, установлено, что предпосевная инокуляция семян фасоли различными формами Ризобофита и Ризогумина обеспечивала формирование активного симбиоза (фото). На срезе корневые клубеньки имели красную окраску, что свидетельствует об активной фиксации молекулярного азота при участии штамма-инокулянта.

Доказано, что биопрепараты Ризобофит и Ризогумин на основе штамма R. phaseoli ФБ1 обеспечивают стабильное повышение урожайности фасоли сорта Щедрая на 17-29% по сравнению с контролем без инокуляции (табл.). Максимальный уровень урожайности (3,05 т/га) за три года отмечен при использовании торфяной формы Ризогумина. Улучшались также показатели качества зерна фасоли: содержание белка относительно контроля росло на 13%, а жира — на 17%.

Кроме указанного положительного влияния на симбиотические показатели, использование нового штамма R. phaseoli ФБ1 как биоагента препаратов значительно сдерживало развитие корневых гнилей, что является важной составляющей получения высоких урожаев. Эффективность защитного действия штамма колебалась в пределах 27-37%.
 
Важным условием внедрения биоагентов микробных препаратов в производство является их проверка в имеющихся технологиях выращивания бобовой культуры. Применение Ризобофита и Ризогумина (торфяные формы) в производственных условиях в Винницкой и Харьковской областях способствовало увеличению урожайности фасоли, по сравнению с контролем без инокуляции, на 11-21% и 16-36% соответственно.
 
Предпосевная обработка семян фасоли обыкновенной биопрепаратами на основе высокоэффективных штаммов клубеньковых бактерий должна быть обязательным агроприемом в технологиях их выращивания. Это позволяет существенно повысить урожайность культуры и получить качественную сельскохозяйственную продукцию.

 

Д. Крутило, канд. биол. наук, старш. научн. сотрудник,

Институт сельскохозяйственной микробіологиии и агропромышленного производства НААН

Журнал «Пропозиція», №8, 2019 р.

Ключевые слова: бобовые, инокуляция, фасоль

Интервью
Раиса Вожегова, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, член-корреспондент НААН Украины, директор Института орошаемого земледелия
Институт орошаемого земледелия НААН Украины занял 1-е место среди экспортеров наукоемкой продукции и получил Международный сертификат «Экспортер года». Его руководителя - доктора сельскохозяйственных
Год назад отечественный бизнес пережил беспрецедентное до тех пор событие - локдаун, то есть полное прекращение работы значительной части предприятий, в частности, полное закрытие заведений питания. Именно тогда Анна Морозова решила дать... Подробнее

1
0