Симбиотическая деятельность клубеньковых бактерий сортов и селекционных линий люцерны в условиях Центральной Якутии

УДК 579.81.:633.31[571.56 - 191.2)

СИМБИОТИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ КЛУБЕНЬКОВЫХ БАКТЕРИЙ СОРТОВ И СЕЛЕКЦИОННЫХ ЛИНИЙ ЛЮЦЕРНЫ В УСЛОВИЯХ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЯКУТИИ

В статье рассмотрены вопросы формирования азотфиксирующих бактерий. Представлена количественная оценка симбиотического азота в агробиоценозах сортов селекционных линий люцерны в Центральной Якутии.

Ключевые слова: сорта, селекционные линии, люцерна, корневая система, азотфиксирующие линии, леггемоглобин, минеральные удобрения.

Введение

В биосферном масштабе фиксация молекулярного азота микроорганизмами является общепланетарным процессом, обеспечивающим питание растений связанным азотом и поддержание его почвенных запасов (Садыков, 1989). Биологический азот непосредственно используется растением или, находясь в органической форме, используется впоследствии и служит источником пополнения гумуса (Мишустин, Черпаков, 1981). Поэтому биологический азот можно считать практически даром природы по сравнению с азотом минеральных удобрений.

Повышение плодородия почвы - одна из важнейших задач современной агрономической науки. В решении этой проблемы ведущая роль принадлежать биологическим факторам, в том числе фиксации атмосферного азота бобовыми культурами, в частности люцерной. Изучение биологической азотфиксации является одной из приоритетных задач сельскохозяйственной науки. Это связано с возможностью сокращения объемов применения минерального азота в технологии выращивания полевых культур, экологической безопасностью, снижением энергетических затрат на производство продукции.

Несмотря на значительные успехи ученых республики, достигнутые в исследованиях по рассматриваемой проблеме, практическое использование биологического азота остается пока на низком уровне. Это связано с недостаточной изученностью биологической азотфиксации в условиях криолитозоны. Нет данных о динамике формирования клубеньков-азотофиксаторов по возрастным (онтогенетическим) состояниям люцерны. Все это делает актуальными наши исследования по изучению аспектов популяционно-онтогенетической жизни, активность симбиотической деятельности клубеньковых бактерий на корневой системе.

Цель настоящего исследования - изучить активность симбиотической деятельности клубеньковых бактерий на корневой системе местных сортов и линий люцерны в условиях Центральной Якутии.

Задачи исследований:

1. Изучить динамику формирования клубеньков-азотфиксаторов по возрастным (онтогенетическим) состояниям растений люцерны.

2. Оценка симбиотического потенциала в определенный этап онтогенеза растений люцерны

3. Изучение накопления симбиотического азота в ходе онтогенеза растений люцерны.

Материалы и методика

Объектами исследований являются растения люцерны местных сортов и селекционных линий молодого генеративного возрастного состояния. Молодые генера-

Л.Г. Атласова

Институт биологических проблем криолитозоны, 677980, г. Якутск, пр. Ленина 41

e-mail: mila_atlasova@mail.ru

тивные растения имеют небольшую партикулу диаметром 10 - 15 см. Побеги в основном генеративные, высотой 50 - 60 см. На материнском корневище отсутствуют мертвые участки. Растения возобновляются за счет пазушных почек материнского корневища и базальных частей отмерших побегов, а также придаточных почек на хорошо развитом каудексе. У появляющихся побегов есть подземная плагиотропная часть, за счет которой образуются новые корневища. Корневая система придаточная, выделяется мощно развитый вторично-стержневой корень Условный возраст 3-5 лет [2].

Отбор клубеньков азотфиксирующих бактерий на корневой системе люцерны, подсчет количества клубеньков и оценку симбиотической деятельности проводили по методике П. П. Вавилова и Г.С. Посыпанова.

Результаты

В течение вегетационного периода, в фазу цветения растений люцерны нами проводился учеты формирования и количественного накопления азотфиксирующих клубеньков, подсчитывалось общее количество клубеньков и клубеньков с розовой окраской (см. табл.). Число азотфиксирующих клубеньков на корнях определяли методом подсчета, на растениях выкопанных с комом почвы 20x20x30 см с последующим отмыванием корней на сите 0,25 и отделением клубеньков. На корневой системе растений люцерны были обнаружены белые и розовые клубеньки диаметром 2,0 - 2,5 на глубине пахотного слоя.

Таблица

Количество и масса клубеньков на корневой системе люцерны местных сортов

и линий в слое почвы о — 20 см

Сорта, линии варианты Кол-во шт/раст. Кол-во млн шт/га Масса кг-га Масса сухих корней, кг/га

всего Активных всего Активных всего Активных

Якутская желтая б/у 137 100 8.22 6.00 4,94 3,57 960

Ш0Р80К80 Многочисленные, мелкие, белые 3240

Сюлинская б/у 5 12 2 14 8.52 I 7.50 5,12 | 4,46 660

Ш0Р80К80 Многочисленные, мелкие белые 2910

Маганская линия б/у 109 49 6.54 2.94 3,9 1,75 1092

Ш0Р80К80 69 34 4.14 2.04 2,49 1,21 1548

Олекмин ская линия б/у 181 164 10.86 9.84 6,53 5,86 2400

Ш0Р80К80 76 68 4-56 4.08 2,74 2,43 1020

По результатам исследований П. П. Вавилова и Г. С. Посыпанова установлено, что наличие леггемоглобина в клубеньках - признак активности симбиоза. Чем больше масса клубеньков с леггемоглобином, тем больше азота воздуха усваивает растение, чем больше клубеньков с розовой и красной окраской, тем активнее он фиксирует азот атмосферы [1].

Нашими наблюдениями установлено, что крупные, розовые (активная раса) клубеньки располагаются на главном корне или около него. Многочисленные, мелкие клубеньки рассредоточены по корневой системе, не имеют окраски и относятся к неактивной группе. В фазе бутонизации и цветения люцерны происходит ускорение процессов формирования клубеньков с розовой окраской. Затем эти процессы затухают. Симбиотическая фиксация азота - аэробный процесс. Кислород связывается леггемоблобином и используется в процессе окисления углеводов с высвобождением энергии для фиксации азота. На 1 мл фиксированного азота воздуха потребляется 3 мл кислорода [1].

Выявлено, что наибольшее количество клубеньков с леггемоглобином на корнях люцерны находится в пахотном слое 0-10 см. Исходя, из выше сказанного предполагаем, что это связанно с уменьшением доступа кислорода к корням растений. Проведенные наблюдения и учеты свидетельствуют, что в возрасте молодого ге-

неративного состояния люцерны процесс формирования активных клубеньков ускоряется в фазу цветения растений. Наибольшее количество розовых (активная раса) клубеньков сформировалось на корневой системе Олекминской линии 10.86 млн. шт/га, в том числе розовых «активной расы» 9.84 млн. шт/га в варианте без удобрений (рис.).

Рис. Корневая система селекционной линии люцерны с азотфиксирующими клубеньками

А на корневой системе люцерны сортов «Якутская желтая» и «Сюлинская» и маганской селекционной линиии их было на 25 % меньше.

Самые мелкие клубеньки сформировались на корневой системе люцерны сортов «Якутская желтая» и «Сюлинская» в вариантах при внесении минеральных удобрений в дозе М60Р80К80 Мощная масса сухих корней образовалась у растений люцерны сорта Якутская желтая.

Однако количество фиксированного азота зависит не только от массы клубеньков с леггемоглобином, но и от продолжительности работы этой массы. Чем дольше клубеньки фиксируют азот, тем больше его будет усвоено. П. П. Вавиловым и Г.С. Посыпановым введено понятие «симбиотический потенциал» (общий и активный), который выражается в килограммах клубеньковой ткани на 1 га, помноженной на продолжительность ее в днях. Общий симбиотический потенциал (ОСП) показывает всю массу клубеньков и продолжительность всего периода их жизни, а активный симбиотический потенциал (АСП) - только массу клубеньков с леггемоглобином и продолжительность их работы. Удельной активностью симбиоза (УАС) авторы называют интенсивность азотфиксации, или количество азота воздуха, усвоенного 1 кг активных клубеньков в сутки [1].

Исследования интенсивности процесса фиксации азота атмосферы за счет симбиотической деятельности клубеньковых бактерий показали, что наибольшей

удельной активностью симбиоза обладает Олекминская селекционная линия., наименьшие показатели у Маганской селекционной линии.

Общее количество накопленного азота зависит от продолжительности периода активной жизнедеятельности клубеньков. Максимальное количество азота атмосферы (6,53 кг/га) усвоено клубеньками растений люцерны Олекминской селекционной линии.

Проведенные исследования показали, что на корневой системе растений люцерны Олекминской селекционной линии сформировалось большее количество клу-беньков-азотфиксаторов, чем на корневой системе сортов люцерны «Якутская желтая», «Сюлинская» и Маганской селекционной линии .

Растения этой селекционной линии обладают наибольшим активным симбиотическим потенциалом и у них интенсивнее проходят процессы фиксации азота атмосферы.

Установлено, что внесение минеральных удобрений в дозе N60P80K80 способствовало накоплению сухой корневой массы сортов люцерны «Якутская желтая» и «Сюлинская».

1. Вавилов П.П., Посыпанов Г.С. Бобовые культуры и проблема растительного белка. - М.: Россельхозиздат, 1983. - 256 с.

2. Жукова Л.А. Популяционная жизнь луговых растений. - Йошкар-Ола: РИИК «Ла-нар», 1995- - 224 с.

3. Мишустин Е.Н., Черпаков Н. И. Биологический азот в сельском хозяйстве СССР //С-х. биология, 1981. Т. 16. №3. - С. 349 - 358.

4. Садыков Б.Ф. Биологическая азотфиксация в агроценозах /БНЦ УрО АН СССР. Уфа, 1989. - 109 с.

Заключение

Список литературы

SYMBIOTIC ACTIVITY OF ROOT NODULE BACTERIA OF ALFALFA VARIETIES AND BREEDING LINES UNDER CONDITIONS OF CENTRAL YAKUTIA

Institute for Biological Problems of Cryolithozone SB RAS, 41 Lenin Ave., Yakutsk 677980

L.G. Atlasova

The article deals with formation of nitrogen-fixing bacteria and represents the quantitative estimation of symbiotic nitrogen in agrobiocoenoses of varieties and breeding lines of alfalfa in Central Yakutia.

E-mail: mila_atlasova@mail.ru

Key words: varieties, breeding lines, alfalfa, root system, nitrogen-fixing nodules, leghemoglobin, mineral fertilizers