Микробные препараты как способ формирования эффективных растительно-микробных систем

УДК 63:576.8

МИКРОБНЫЕ ПРЕПАРАТЫ КАК СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ЭФФЕКТИВНЫХ РАСТИТЕЛЬНО-МИКРОБНЫХ СИСТЕМ

С.Н. ПЕТРОВА, доктор сельскохозяйственных наук Н.В. ПАРАХИН, академик Россельхозакадемии, ректор ФГБОУ ВПО Орловский государственный аграрный университет Ключевые слова: микробиологические препараты, симбиоз, растительно-микробная система.

В результате изучения отечественными и зарубежными учеными растительномикробных взаимодействий, сельское хозяйство получило возможность применения препаратов биологического действия, которые позволяют не только повышать уровень урожайности сельскохозяйственных культур, но и получать высококачественную экологически безопасную продукцию.

Благодаря открытию азотфиксаторов были созданы микробные удобрения, которые стали использоваться в сельском хозяйстве. Уже в 1895 г. Хаббе и Хилтнер запатентовали препарат микробной культуры Nitragin, выпускавшийся в 17 вариантах для различных растений. В 1907 году в России Л.Т. Будинов начал применять ризоторфин -препарат, представляющий собой торфяной субстрат, смешанный с бактериями рода Rhizobium (5-8 109 клеток на 1 г торфа), выращенным на искусственных питательных средах. Во Франции аналогичный препарат называется N-germ, в Чехии - нитразон, в Индии - нитрофикс. Ризоторфин вносят под бобовые путем инокуляции семян. При этом эффект от их применения (на почвах, где бобовые культуры ранее не возделывались) зачастую достигал 50...100%. Это повлекло за собой неуклонный рост научноисследовательских работ по созданию и применению перспективных микробных препаратов для бобовых и небобовых культур в начале ХХ в.

Инокуляция ассоциативными диазо-трофными бактериями является одним из перспективных путей решения проблемы азотного питания сельскохозяйственных растений. По данным различных исследователей, применение диазотрофов значительно повышает урожай небобовых растений - от 5 до 70 %. Так, в различных экологических и почвенно-климатических условиях увеличение урожая при инокуляции эффективными штаммами диазотрофов (Azospirillum

lipoferum, Agrobacterium radiobacter,

Arthrobacter sp., Flavobacterium) составляло 10-30 % для злаковых культур, 20-40% для овощных. В ассоциации с кукурузой некоторые диазотрофы фиксировали 30-90 кг азота/га, а урожай пшеницы возрастал на 2-9 ц/га. Инокуляция сорго, ячменя и озимой пшеницы ассоциациями ризосферных азот-фиксирующих бактерий оказывала значительное влияние на продуктивность растений. Урожай сорго увеличивался на 15-30% в зависимости от выбранного сорта, а в растения поступало до 25% азота атмосферы [1, 2, 3].

Ряд исследователей отмечают, что инокуляция сельскохозяйственных растений активными штаммами азотфиксирующих бактерий не только повышает их урожай, но и улучшает качество растительной продукции. Так, содержание белка в зерне пшеницы и крахмала в клубнях картофеля возрастало на 10-20% [4].

В производственных условиях на основе ассоциативных диазотрофов успешно используются биопрепараты Флавобактерин (Flavobacterium sp.), Агрофил, Ризоагрин (Agrobacterium radiobacter), Мизорин (Ar-trobacter mysorens), Азоризин (Azospirillum lipoferum), каждый из которых может быть использован на нескольких группах сельскохозяйственных культур.

Достоверный положительный эффект был получен при испытании микробных препаратов флавобактерина, мизорина, азо-ризина в опытах с кормовыми, зерновыми и овощными культурами. У кормовых культур возрастало содержание белка, каротина, аскорбиновой кислоты, фосфора, калия; в зерне ячменя увеличивалось содержание лизина, а в клубнях картофеля - аминокислот Asp, Lys, Pro, Tyr [5].

Все препараты, так называемой группы «ФАРМАТ», готовят на основе стерильного торфа, вермикулита и жидкой питательной среды. Титр бактерий в зависимости от штамма - 2-10 млрд. клеток в 1 г, который сохраняется в течение 6 месяцев. Оптимальная доза расхода препаратов 300 г на гектарную норму высева (посадки) семян овощных, зеленных, масличных культур, многолетних трав; 600 г - для зерновых и зернобобовых культур и 3000 г - для столовых клубнеплодов [6].

Флавобактерин, Ризоэнтерин и подобные им препараты (Ризоагрин, Азоризин) -не полностью удовлетворяют потребность в азоте, но заменяют 40-60 кг минерального азота, что позволяет сократить дозы внесения удобрений в почву и снизить степень загрязнения нитратами и материальные затраты. В опытах Н.И. Конопли (1999) по сравнению минеральных (N60P60K30) и бактериальных удобрений, общие денежные затраты на внесение удобрений составили 61,7 усл.ед./га, затраты труда - 1,2 чел.ч/га,

энергии - 6,5 тыс. МДж/га, а применение бактериальных препаратов соответственно -2,9-3,7 усл.ед./га, 0,2 чел.ч/га, 150-160 МДж/га.

Эффективность препаратов ассоциативных азотфиксирующих бактерий повышается при их применении на фоне невысоких доз минерального азота. Это подтверждают исследования М.Б. Терехова и Л.А. Ежовой (2000), проведенные в учхозе Новинки Нижегородской ГСХА в условиях светло-серых легкосуглинистых почв. Исследования проводили по двум культурам -яровой пшенице и яровому ячменю. Семена инокулировали штаммами Azotobacter

crococcum, Azotobacter vinelandij и смесью штаммов Azotobacter + Clostridium

pasterianum. Исследования проводили на фонах минеральных удобрений (PK)90; N30(PK)90; N60(PK)90 и Nç^PKV Результаты исследований показали, что от внесения 30 кг/га азота в виде минеральных удобрений прибавка урожайности составила по яровой пшенице 1,9 ц/га, а по ячменю 4,1 ц/га, от 60кг/га, соответственно - 5,6 и 6,6 ц/га. Дальнейшее повышение дозы азота до 90 ц/га не способствовало дальнейшему увеличению урожайности. Максимальная прибавка от инокуляции семян пшеницы - 3,8-6,6 ц/га, а у ячменя 0,6-2,7 ц/га получена при внесении N30(PK)90. При этом наиболее эффективным для яровой пшеницы был штамм Azotobacter vinelandij, обеспечивший получение прибавки равной 60 кг/га минерального азота. На ячмене наиболее эффективным был штамм Azotobacter crococcum. Предпосевная обработка семян не оказала существенного влияния на их полевую всхожесть, однако выживаемость была на 3,4-14% выше, чем в вариантах без инокуляции. При применении ассоциативных бактерий наблюдалось увеличение массы 1000 зерен и

снижение пораженности растений корневыми гнилями.

А.П. Кожемяков и др. (2004), изучая взаимодействие 6 сортов ячменя и 12 сортов пшеницы с ассоциативными ростстимули-рующими ризобактериями на различном азотном фоне (N0, N30, N60), отметил, что инокуляция и внесение удобрений были наиболее эффективны на относительно бедных азотом почвах. Возможность снижения доз минеральных удобрений исследована в опытах А.А. Завалина и др. (2003). Он установил, что для повышения эффективности использования биологического азота растениями смешанного посева гороха и пшеницы целесообразно использовать биопрепараты на основе ассоциативных и симбиотических бактерий. При этом доза азотных удобрений может быть существенно снижена - с 60 до 30 кг д.в./га.

Весьма эффективным может быть совместное применение ассоциативных азот-фиксаторов и клубеньковых бактерий. Так, для повышения продуктивности бобовых культур некоторые исследователи использовали инокуляцию растений ассоциациями Azotobacter и Rhizobium, Rhizobium и Azospirillum, Azotobacter и Glomus. Инокуляция фасоли, сои и люпина узколистного Rhizobium и Azospirillum увеличивала количество и массу корневых клубеньков, нитро-геназную активность, повышала продуктивность растений, а также содержание азота в бобах и надземной массе (В.П. Шабаев и др. 1992, Т.В. Редькина и др. 1994).

Потенциальное увеличение роста корней и клубенькообразования овощной сои отмечено при инокуляции Azospirillum brasilense (Sp7) и A. lipoferum (CCM 3863) совместно с двумя штаммами Bradyrhizobium japonicum (TAL102 и UPMR48). При этом увеличивались общая длина корней, их количество, сухая масса,

развитие корневых волосков, значительно повышалось количество и масса клубеньков. Это связано с тем, что вместе со способностью фиксировать азот воздуха азоспириллы выделяют фитогормоны (ауксины, цитоки-нины и гиббереллины) и пектолитические ферменты [7]. В результате образуются дополнительные точки инфекции, которые затем используются ризобиями для формирования большего количество клубеньков, масса которых превышает таковую при инфицировании только ризобиями [8].

Результаты многолетнего изучения эффективности инокулянтов бобовых культур и новых землеудобрительных биопрепаратов на основе ассоциативных азотфикси-рующих бактерий показали, что эти препараты обладают комплексным положительным действием на растения и способны существенно увеличивать продуктивность практически всех изученных сельскохозяйственных культур (зерновых, технических, овощных) и эффективность сельского хозяйства. При этом прибавка урожая зерновых в среднем составляет 15-20%, а овощных культур - 20-30%. Кроме того, применение биопрепаратов оказывает положительное влияние на качество продукции, повышая, в зависимости от культуры содержание в ней протеина, крахмала, сахаров и витаминов [9].

Микробные землеудобрительные препараты представлены не только азотфикси-рующими микроорганизмами. Перспективным представляется применение микоризных грибов, которые улучшают водообеспе-чение и минеральное питание растений, продуцируют биологически активные вещества (фитогормоны, витамины, антибиотики), противостоят патогенным микроорганизмам и в целом значительно улучшают рост и приживаемость растений. Однако, грибы-микоризообразователи трудно куль-

тивировать искусственно, поэтому для ми-коризации часто применяют лесную почву, содержащую споры и мицелий таких грибов.

В Германии первый препарат грибов арбускулярной микоризы (АМГ) был произведен в 2001 году и назван BioMyc, который в России известен как Микоплант- БТ, где носителем АМГ являются гранулы обожженной глины размером 2-4 мм. С 2008 года компанией AMYKOR в Германии на основе микоризных грибов налажен выпуск препарата Wurzel-Vital. Аналогичный препарат, выпускаемый в США с 2003 года носит название MycoPak, а в Индии - AgriVAM.

Российская разработка, созданная во ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии - БисолбиМикс - несколько отличается от зарубежных, так как основу этого комплексного микробиологического удобрения составляют грибы арбускулярной микоризы, клубеньковые и ризобактерии. В качестве субстрата-носителя микробиологического удобрения БисолбиМикс используется отход сахарного производства - дефекат. За счет использования комплекса полезных микроорганизмов БисолбиМикс оказывает положительное влияние на урожай растений, его качество. Так, при дозе внесения БисолбиМикса 500 кг/га урожай зерна яровой пшеницы увеличивался на 1,2 ц/га, а на фоне внесения минеральных удобрений - на 2,1 ц/га. В полевых опытах ВНИИ зернобобовых и крупяных культур было показано, что применение удобрения Бисолбимикс приводило к значительному повышению семенной продуктивности фасоли, гороха, чечевицы и яровой пшеницы (в среднем на 27,9 - 32,3%) (А.Ю. Борисов и др. 2004, Т.С. Наумкина и др. 2005, Н.А. Прилепская, 2006), [10].

В сельскохозяйственной практике широко используются PGPR, на основе которых создан ряд биофунгицидов.

В США большая часть посевов хлопка обрабатывается биопрепаратом Kodiak на основе Bacillus subtilis GB03. Препарат увеличивает массу корней и подавляет развитие инфекций, вызываемых грибами родов Fusarium и Rhizoctonia. Штамм хорошо приживается в ризосфере. Поскольку B. subtilis является спорообразующим организмом, он способен успешно переносить экологические стрессы (обработка семян пестицидами, экстремальные значения pH, неблагоприятное действие вторичных метаболитов хлопка, длительное хранение).

За рубежом известны также препараты на основе Pseudomonas: BlightBan A506, BioSave, Blue-Circle, Intercept, Victus [11].

В России в настоящее время зарегистрировано 4 биофунгицида на основе PGPR ВacШus

Оценка эффективности биопрепаратов на основе ростстимулирующих бактерий проверена в различных почвенноклиматических зонах Российской Федерации и сопредельных государств на яровой пшенице, озимой пшенице и озимой ржи, ячмене, горохе, гречихе, картофеле, льне-долгунце, подсолнечнике, хлопчатнике. Выявлено, что в результате лучших условий роста и развития растений при использовании препарата на основе Bacillus повышается урожайность растений на 10-45%, что эквивалентно внесению N30-45 , обеспечивает дополнительное вовлечение в агроценозы биологического азота, фосфора и калия за счет почвенных запасов, а также увеличивается устойчивость растений к неблагоприятным факторам внешней среды [12].

V.K. Chebotar, S. Akao [2001] определили эффективность совместной инокуляции Bradyrhizobium japonicum А1017 и штаммами ассоциативных бактерий Pseudomonas fluorescens 2137, P. fluorescens WCS 365, Azomonas agilis 125 и Azospirillum lipoferum 137 на сое, выращенной в стерильных условиях. Было установлено, что P. fluorescens 2137 проявляли высокую колонизационную активность на корнях сои как при моноинокуляции, так и совместной инокуляции с B. japonicum А1017. При этом совместная инокуляция увеличивала колонизацию корней B. japonicum А1017 и повышала количество клубеньков и нитроге-назную активность. Однако, совместная инокуляция B. japonicum А1017 с P. fluorescens WCS 365 снижала количество корневых клубеньков и нитрогеназную активность, показывая зависимость эффективности инокуляции от штамма бактерий.

Применение микроорганизмов, улучшающих питание растений, имеет преимущество перед использованием макро - и особенно дефицитных микроудобрений. В.Ю. Смолин и В.П. Шабаев (1992, 1992а) изучили влияние двойной инокуляции сои клубеньковыми бактериями Bradyrhizobium japonicum 110 совместно с бактериями рода Pseudomonas или эндомикоризными грибами G. mosseae на содержание в растениях N, P, K, Ca, Mg, Fe, Zn, Cu, Mg, Mo и Co. Отмечено, что при добавлении в почву ризо-сферных псевдомонад, эндомикоризных грибов и локальном внесении азотного удобрения изменений концентраций практически всех элементов питания в зерне и соломе после уборки не наблюдалось. Прибавка урожая при добавлении к клубеньковым бактериям данных микроорганизмов и локализации азота происходила вследствие увеличения выноса растениями, главным образом зерном, питательных элементов.

При этом количество питательных элементов в растениях сои в значительной степени зависело от вида микроорганизма и способа внесения азота. Микроорганизмы повышали урожай сои в результате улучшения минерального питания растений, не влияя на концентрации в нем основных элементов питания.

Таким образом, в настоящее время в нашей стране производят около 30 различных микробиологических препаратов для растениеводства, которые регулируют нормальное функционирование почвенной и ризосферной микрофлоры, режим питания растений, защиту растений от болезней и вредителей [13, 14].

На протяжении нескольких десятков лет в России проводились попытки внедрения микробиологических препаратов в сельское хозяйство, но широкого использования данные препараты в различных регионах не нашли. К сожалению, в нашей стране до сих пор не уделяется должного внимания использованию микробиологических землеудобрительных препаратов, которые, будучи экологически безопасными для окружающей среды, могут обеспечить повышение урожайности культур, их оздоровление и способствовать получению продукции улучшенного качества, а главное - способствуют энергосбережению при производстве продукции растениеводства.

Литература

1. Kojemyakov A. P., Belimov A. A., Kunakova A. M. (1998) Associative nitrogen-fixing bacteria: colonisation of the roots and efficacy on non-legumes plants. In: Biological Nitrogen Fixation for the 21st Century. Proc. 11th Intl. Congr. on Nitrogen Fixation, Paris, July 20-25,

1997. Kluwer Academic Publishers. Dordrecht Boston London. p. 396.

2. Бойко Л.И. Действие ассоциативных азотфиксато-ров на зерновые культуры левобережной степи Украины. //Микроорганизмы - ингибиторы и стимуляторы роста растений и животных 3-5 окт., 1987; тез. докл., ч. I. Ташкент. -1989. -С. 29.

3. Чеботарь В.К. Влияние инокуляции азотфикси-рующими микроорганизмами на урожай сорго и содержание в нем азота // Бюл. ВНИИСХ микробиологии, 1985. Т. 42. - С. 26-29.

4.Кипрушкина Е.И. Защитно-стимулирующие свойства биопрепарата при вегетации и хранении картофеля [Эффективность применения экстрасола для сокращения потерь от инфекционных болезней] / Е.И. Кипрушкина, В.Б. Петров, В.К. Чеботарь // Докл.РАСХН, 2005; №3. - С. 21-24.

5. Дятлова, К.Д. Микробные препараты в растениеводстве / К.Д. Дятлова // Соросовский образовательный журнал. - 2001. - Т.7. - №5. - С. 17-22.

6. Кокорина А.Л., Кожемяков А.П. Бобоворизобиаль-ный симбиоз и применение микробиологических препаратов комплексного действия - важный резерв повышения продуктивности пашни. - СПб.: издательство Санкт-Петербургский ГАУ, 2010. - 50 с.

7. Steenhoudt O., Keijers V., Okon Y., Vanderleyden J. Identification and characterization of a periplasmic nitrate reductase in Azospirillum brasilense Sp24 // Archives of Microbiology, 2001, Vol.175. N 5. P. 344-352.

8. Tchebotar V.K. The use of the GUS-reporter gene to study the effect of Azospirillum- Rhizobium coinoculation on nodulation of white clover / V.K. Tchebotar, U.G. Kang, C.A. Jr Asis, S. Akao // Biol Fertil Soils,

1998. - V.27 - P.349-352.

9. Тихонович, И.А. Создание высокоэффективных микробно-растительных систем // Сельскохозяйственная биология. - 2000. - №1. - С. 28-33.

10. Parakhin, N.V. Use microbial biofertilizers of complex action at cultivation spring wheat and peas / N.V. Parakhin, S.N. Petrova, N.A. Prilepskaya // International journal of applied and fundamental research.- 2008. -№3. - P. 16-20.

11. Воронин А.М. Ризосферные бактерии рода Pseudomonas, способствующие росту и развитию растений // Соросовский образовательный журнал.1998. №10. С. 26-31.

12. Чеботарь, В.К. Эффективность применения биопрепарата Экстрасол. / В.К. Чеботарь, А.А. Завалин, Е.Н. Кипрушкина. - М.: Изд-во ВНИИА, 2007. -216 с.

13. Сергеев, К. Биопрепараты в растениеводстве // Ресурсосберегающее земледелие. - № 3(4), 2009. - С. 48-49.

14. Петрова С.Н., Парахин Н.В. Энергосбережение в растениеводстве на основе растительно-микробных взаимодействий // Зернобобовые и крупяные культуры, 2012, №3. - С.18-20.

MICROBIAL BIOFERTILYSERS - THE WAY OF FORMATION OF EFFECTIVE PLANT-MICROBIAL SYSTEMS S.N. Petrova, N.V. Parakhin

Orel State Agrarian University, e-mail: svet-orl@yandex.ru Key words: biofertilysers, symbiose, plant-microbial system.

УДК 633.12:631.527:581.14

ОСОБЕННОСТИ НАЧАЛЬНОГО ЛИНЕЙНОГО РОСТА СТЕБЛЯ И КОРЕШКА У СОРТООБРАЗЦОВ ГРЕЧИХИ РАЗНЫХ ЭТАПОВ СЕЛЕКЦИИ

А.В. АМЕЛИН, доктор сельскохозяйственных наук ФГБОУ ВПО Орловский государственный аграрный университет А.Н. ФЕСЕНКО, доктор сельскохозяйственных наук ГНУ ВНИИ зернобобовых и крупяных культур Россельхозакадемии

В.В. ЗАИКИН, аспирант ОрелГ АУ

В статье представлены результаты лабораторной оценки 20 сортообразцов гречихи разных этапов селекции по показателям начального линейного роста. Показано, что интенсивность линейного роста корешка у проростков культуры в первые две недели развития существенно превышает стебель. Но в результате селекции ее величина возрастает лишь у стебля, а у корешка фактически не изменяется, в отдельных случаях даже уменьшается.

Ключевые слова: гречиха, селекция, сорт, начальный линейный рост.