Інокуляція сої штамами ризобій з різною швидкістю росту

118
Ефективність спільної інокуляції сої штамами ризобій з різною швидкістю росту

Біологічна фіксація молекулярного азоту атмосфери є одним з основних джерел азоту в агроценозах. Важливу роль у цьому процесі відіграють симбіотичні мікроорганізми – бульбочкові бактерії, які ініціюють утворення азотфіксуючих бульбочок на коренях бобових рослин.

Завдяки здатності до фіксації азоту бульбочкові бактерії розглядають як цінний генетичний ресурс для біотехнології сільського господарства. Масштаби щорічного виробництва мікробних препаратів для інокуляції бобових культур дають змогу обробляти сотні мільйонів гектарів посівів.

У ґрунтах України за роки вирощування сої із застосуванням біопрепаратів сформувалися і функціонують різні за щільністю популяції бульбочкових бактерій сої. Згідно з попередніми дослідженнями, у цих популяціях трапляються штами, які характеризуються повільним та інтенсивним ростом. Вивчення їхніх біологічних властивостей показало, що штами ризобій сої з різною швидкістю росту мають істотні відмінності за фенотиповими та генотиповими ознаками. Встановлено, що штами з інтенсивним ростом активно колонізують корені рослин і краще приживаються в ґрунті, ніж штами з повільним ростом, тобто їм властива підвищена сапрофітна компетентність. Ця особливість досліджуваних штамів бульбочкових бактерій може бути використана на практиці під час створення нових мікробних препаратів із широким спектром корисної дії. Поєднане застосування для інокуляції насіння сої кількох високоефективних штамів ризобій із різною стратегією виживання у ґрунті сприятиме не лише підвищенню врожайності культури, а й формуванню стабільної активної популяції специфічних мікроорганізмів.

Мета наших досліджень полягала у вивченні ефективності спільного застосування штамів Bradyrhizobium japonicum із повільним та інтенсивним ростом за вирощування сої.

Об’єктами досліджень були штами бульбочкових бактерій сої з повільним (В. japonicum 46, В. japonicum М8, В. japonicum 634б) та інтенсивним (В. japonicum КВ11) ростом і соя сортів Устя та КиВін.

Польові досліди з вивчення ефективності поєднаного застосування штамів Bradyrhizobium japonicum проводили в умовах Полісся (Інститут сільськогосподарської мікробіології та агропромислового виробництва НААН) на чорноземі вилугуваному (рН – 6,0; вміст гумусу – 3,5%; легкогідролізованого азоту (за Корнфільдом) – 95 мг; рухомих форм фосфору (Р205) – 251 мг та обмінного калію (К20) (за Кирсановим) – 108 мг на 1 кг). Насіння сої сорту Устя обробляли штамами В. japonicum з повільним та інтенсивним ростом. За спільної інокуляції 2-ма штамами їх застосовували в співвідношенні 1:1. Інокуляційне навантаження в усіх варіантах досліду становило 200–300 тис. клітин на 1 насінину.

Впродовж вегетаційного періоду визначали кількість і масу кореневих бульбочок.

ДОСЛІДЖЕННЯ СПІЛЬНОЇ ІНОКУЛЯЦІЇ

У польовому досліді з соєю вивчали конкурентоспроможність і ефективність штамів В. japonicum з повільним та інтенсивним ростом за їх поєднаного використання в різних комбінаціях.

За даними табл. 1, на коренях рослин контрольного варіанта (без інокуляції) утворювалися поодинокі бульбочки. Їх кількість була незначною (0,6–3,1 од./рослина) впродовж усієї вегетації сої, що свідчить про наявність у ґрунті нечисленної популяції специфічних бульбочкових бактерій (щільність популяції – 101–102 клітини у 1 г ґрунту).

Таблиця 1. Вплив спільної інокуляції штамами ризобій з повільним та інтенсивним ростом на симбіотичні показники сої сорту Устя (ІСМАВ НААН)Серологічний аналіз гомогенатів бульбочок показав, що бактерії, які інфікували рослини, належать до 3-х серологічних груп: КВ11 (штами з інтенсивним ростом), 46 та М8 (штами з повільним ростом) у співвідношенні 64,6%, 25,0 і 10,4% відповідно (табл. 2).

Таблиця 2. Конкурентоспроможність бульбочкових бактерій сої з повільним та інтенсивним ростом (ІСМАВ НААН)Попри наявність у ґрунті гетерогенної популяції ризобій сої, застосування всіх досліджуваних штамів (В. japonicum 46, В. japonicum М8 та В. japonicum КВ11) сприяло істотному збільшенню кількості бульбочок у 5,5–12,6 разу порівняно з контролем (табл. 1). За спільної інокуляції сої штамами з різною швидкістю росту цей показник достовірно перевищував моноінокуляцію (у 1,1–2,1 разу). Максимальна кількість бульбочок спостерігалася у варіантах із застосуванням 2-х комбінацій з повільним та інтенсивним ростом штамів – В. japonicum 46 + В. japonicum КВ11 та В. japonicum М8 + В. japonicum КВ11.

Зі збільшенням кількості бульбочок за поєднаного застосування штамів В. japonicum достовірно збільшувалася і їхня маса. Максимальні значення цього показника відзначено у фазі наливу бобів – 1,16–1,23 г на 1 рослину.

Результати серологічного аналізу засвідчили, що інокуляція істотно змінювала співвідношення штамів у бульбочках (табл. 2). Так, за моноінокуляції сої досліджуваними штамами В. japonicum КВ11, В. japonicum 46 та В. japonicum М8 вони повністю домінували в бульбочках (100,0%), витісняючи місцеві ризобії, що є доказом їх високої конкурентоспроможності.

Слід зазначити, що за інокуляції сої 2-ма штамами не спостерігалося повного домінування інтродукованих штамів, їх частка в бульбочках коливалася в межах 38–46%. Крім того, у зазначених варіантах місцеві ризобії також займали свою екологічну нішу й утворювали 13–17% бульбочок.

Активність симбіотичної азотфіксації за інокуляції сої штамами бульбочкових бактерій із різною швидкістю росту (польовий дослід, ICMAB НААН)На рисунку показано нітрогеназну активність бульбочок за обробки сої штамами з різною швидкістю росту. За наведеними даними, у варіантах з інокуляцією досліджуваними бульбочковими бактеріями активність симбіотичної азотфіксації була значно вищою (у 2,2 – 7,9 разу), ніж у контролі.

Як зазначалося вище, за поєднаного використання штамів В. japonicum маса кореневих бульбочок була найбільшою. У цих самих варіантах найактивніше відбувалася й фіксація молекулярного азоту. У всі фази розвитку рослин максимальні показники азотфіксувальної активності (13,05–69,53 мкг N на 1 рослину/год) відзначено за інокуляції сої 2-ма штамами В. japonicum 46 + В. japonicum КВ11.

Про позитивний вплив штамів бульбочкових бактерій на фізіологічний стан рослин сої свідчить істотне збільшення вмісту хлорофілів а і b у листках. Так, у варіантах з інокуляцією окремими штамами В. japonicum сума хлорофілів а і b була на 18–25% більшою, ніж на контролі. За поєднаного використання штамів у всіх досліджуваних комбінаціях вміст фотосинтетичних пігментів у листках сої збільшувався порівняно з контролем на 36–40%.

Активізація симбіотичних систем сої за інокуляції штамами ризобій із різною швидкістю росту сприяла збільшенню врожайності культури на 13,0–20,5% порівняно з контролем (табл. 3). За поєднаного використання штамів В. japonicum вони підсилювали дію один одного, приріст урожаю насіння сої досягав 16,7–27,6%.

Таблиця 3. Вплив спільної інокуляції штамами ризобій з повільним та інтенсивним ростом на насіннєву продуктивність сої сорту Устя (ІСМАВ НААН)Узагальнені результати багаторічних польових дослідів свідчать про стабільність дії композицій штамів В. japonicum із різною швидкістю росту. У середньому за 3 роки найвищу врожайність сої було отримано за поєднаного використання штамів В. japonicum 46 та В. japonicum КВ11 – 3,02 т/га проти 2,39 т/га на контролі без інокуляції.

Аналізуючи результати серологічного дослідження бульбочок впродовж 3-х років і врожайності, слід зазначити, що домінування в бульбочкових популяціях окремих активних штамів із різною швидкістю росту не має принципового значення для формування та функціонування ефективного симбіозу.

Важливішим, на нашу думку, є утворення збалансованої симбіотичної системи сої з кількома комплементарними, хоча і серологічно відмінними штамами ризобій одного виду.

ПІДТВЕРДЖЕННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ

Бінарну композицію штамів В. japonicum 46 + В. japonicum КВ11 як основу мікробного препарату ризогуміну перевіряли у виробничому досліді в ґрунтово-кліматичних умовах Центрального Лісостепу (дослідне господарство «Бохоницьке» Інституту кормів та сільського господарства Поділля НААН).

Встановлено, що за наявності у ґрунті щільної місцевої популяції специфічних бульбочкових бактерій досліджуваний біопрепарат забезпечував істотне підвищення врожайності сої сорту КиВін на 21,4% порівняно з контролем без інокуляції (табл. 4).

Таблиця 4. Ефективність ризогуміну на основі бінарної композиції штамів В. japonicum за вирощування сої сорту КиВін (виробничий дослід ІКСГП НААН)ВИСНОВКИ

Встановлено, що поєднане застосування 2-х активних штамів В. japonicum із різною швидкістю росту переважає за ефективністю моноінокуляцію. У бінарних композиціях ризобії з повільним та інтенсивним ростом посилюють дію одна одної і сприяють утворенню збалансованих симбіотичних систем без різкого домінування окремих штамів у бульбочкових популяціях.

Поєднане застосування для інокуляції сої кількох високоефективних штамів ризобій сприяє не лише підвищенню врожайності культури, а й формуванню стабільної активної популяції специфічних мікроорганізмів в грунті
Поєднане застосування для інокуляції сої кількох високоефективних штамів ризобій сприяє не лише підвищенню врожайності культури, а й формуванню стабільної активної популяції специфічних мікроорганізмів в грунті

У середньому за 3 роки найвищу врожайність сої отримано за поєднаного використання штамів В. japonicum 46 та В. japonicum КВ11 – 3,02 т/га проти 2,39 т/га на контролі без інокуляції. Обробка насіння сої біопрепаратом Ризогуміном на основі цієї композиції штамів забезпечила підвищення врожайності культури на 21,4% порівняно з контролем без інокуляції.

Д. В. Крутило, канд. біол. наук, Інститут сільськогосподарської мікробіології та агропромислового виробництва НААН України

Опубліковано в журналі “Агроном”, 2021

Найсвіжіші матеріали читайте в журналі «Агроном». Слідкуйте за головними агрономічними новинами на нашій сторінці у Facebook та каналі в Telegram