Оптимизация биологической активности чернозёма южного в ризосфере озимой пшеницы при стрессовом воздействии тяжёлых металлов

злаков, содержание кобальта, молибдена, меди. Не характерны для полыни на участке месторождения цинк, свинец, барий.

Выводы. Растительность участка с более высокими коэффициентами аномальности, чем перекрывающие рудные тела коры выветривания и почвенный покров, фиксирует исходные рудные тела.

Максимальные значения коэффициентов аномальности свойственны Ag и Мо в связи с преобладанием на участке щелочной обстановки, и поэтому они могут быть рекомендованы в качестве элементов-индикаторов.

В связи с тем что корневая система полыней более глубокая, чем у злаков, они могут с большей эффективностью использоваться при поисковых работах на рудные объекты.

Литература

1. Гайский ГОК. Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 2004. 148 с.

2. Черняхов В.Б. Геохимические особенности подземных вод Весеннего месторождения / В.Б. Черняхов, И.В. Куделина, М.В. Фатюнина, Т.В. Леонтьева // Интеграция науки и практики в профессиональном развитии педагога. Оренбург: ОГУ, 2010. С. 1480-1486.

3. Черняхов В.Б. Экологически опасные элементы в почвенном покрове Весеннего месторождения / В.Б. Черняхов, И.В. Куделина // История и современность. Оренбург: ОГПУ, 2009. С. 173-178.

4. Черняхов В.Б. Геохимические особенности пород палеозоя месторождения Весеннее / В.Б. Черняхов, И.В. Куделина, М.В. Фатюнина // Наука и образование: фундаментальные основы, технологии, инновации: матер. Междунар. науч. конф. Оренбург: ОГУ, 2010.

5. Черняхов В.Б., Куделина И.В., Галянина Н.П. Ореолы тяжёлых металлов в отложениях мезокайнозоя Весеннего месторождения как поисковый признак // Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры: матер. всерос. науч.-методич. конф. Оренбург: ОГУ, 2014. С. 1078-1085.

6. Инструкция по геохимическим методам. М.: Недра, 1983. 132 с.

Оптимизация биологической активности чернозёма южного в ризосфере озимой пшеницы при стрессовом воздействии тяжёлых металлов

Л.А. Чайковская, д.с.-х.н., М.И. Баранская, к.с.-х.н., О.Л. Овсиенко, н.с, ФГБУН НИИСХКрыма, В.В. Ключенко, к.с.-х.н., Агропромышленный колледж ФГАОУ ВО Крымский ФУ

Увеличение антропогенной нагрузки на окружающую среду (ОС) оказывает всё более негативное влияние на биологические объекты. Одними из наиболее распространённых загрязнителей являются тяжёлые металлы (ТМ), которые наносят значительный вред различным компонентам ОС, в том числе и почве. Включаясь в трофические цепи, ТМ могут значительно изменять интенсивность метаболических процессов в растениях, что снижает их продуктивность и качество урожая. В загрязнённых ТМ почвах нарушается интенсивность микробиологических процессов, снижается количество полезных микроорганизмов, что также негативно влияет на культурные растения [1].

В то же время известно, что симбиотрофные микроорганизмы выступают посредниками между почвенными условиями и растениями, они могут значительно повысить устойчивость макросимбионта к стрессу [2, 3]. Применение биопрепаратов на основе полезных штаммов микроорганизмов является одним из аспектов биологизации современного земледелия [4-6]. Биопрепараты не только улучшают питание и повышают продуктивность сельскохозяйственных культур, но и позволяют получить экологически чистую продукцию. Учитывая изложенное, цель нашего исследования состояла в изучении влияния предпосевной инокуляции семян на показатели биологической активности почвы: динамику численности эколого-трофических групп

микроорганизмов и ферментативную активность (на примере каталазы) в ризосфере пшеницы озимой при воздействии ТМ в условиях полевых опытов.

Материал и методы исследования. Полевые эксперименты проведены на опытном поле Крымского агропромышленного колледжа (Симферопольский р-н), почва участка — чернозём южный карбонатный. Агрохимическая характеристика почвы: содержание гумуса — 2,5%; подвижных форм азота и фосфора — 5,3 и 2,6 мг/100 г почвы соответственно; рН водной вытяжки — 7,0—7,2. Площадь посевной делянки — 10 м2, учётной — 5 м2, размещение рен-домизированное; повторность опытов 4-кратная.

Соли ТМ (Сг, Си, РЬ) вносили в почву ранней весной в виде водных растворов из расчёта 5, 10 и 20 ПДК, в контрольном варианте —ТМ не вносили. Отбор образцов почвы для анализов проводили в слое 0—30 см по фазам развития озимой пшеницы: весеннее кущение, выход в трубку, молочно-восковая спелость зерна. Численность микроорганизмов определяли путём высева почвенных суспензий на питательные среды по общепринятым методикам [7, 8]. Активность каталазы в почвенных образцах определяли газометрическим методом [8]. Для предпосевной бактеризации семян использовали препарат Фосфоэнтерин [9]. Статистическая обработка полученных результатов проведена по общеизвестной методике [10].

Результаты исследования. Рассмотрим данные по влиянию бактеризации на динамику численности важных с агрономических позиций сообществ бактерий (участвующих в трансформации азотных и фосфорных соединений) в ризосфере пшеницы

озимой при загрязнении почвы ТМ. Установлено, что на фоне высоких доз ТМ (20 ПДК) численность бактерий, трансформирующих труднорастворимые фосфаты, уменьшается в фазы кущения и выхода в трубку в 2—3,5 раза против контроля. В фазу молочно-восковой спелости зерна пшеницы количество колониеобразующих единиц (КОЕ) бактерий, растворяющих минеральные фосфаты, возрастает и на всех уровнях загрязнения почвы ТМ достигает контроля (рис. 1). Однако сообщество бактерий, трансформирующих органические фосфаты, находится в угнетённом состоянии — при 20 и 10 ПДК ТМ их численность составляет 5,5 и 6,8 млн КОЕ/г сухой почвы соответственно против 8,2 млн в контроле (рис. 2).

Анализ полученных результатов свидетельствует о положительном влиянии бактеризации на численность фосфатмобилизующих бактерий в ризосфере пшеницы в наблюдаемые фазы развития растений — она увеличивается по сравнению с контролем на фоновых участках и при загрязнении почвы ТМ.

Выявлено, что на фоне 5 и 10 ПДК ТМ в ризосфере бактеризованных растений количество бактерий, трансформирующих труднорастворимые фосфаты, превышает контроль в течение весенне-летней вегетации. Лучшие показатели отмечены в фазу молочно-восковой спелости зерна: при 20 ПДК ТМ количество бактерий, трансформирующих органические фосфаты, достигает контроля, а численность бактерий, растворяющих минеральные фосфаты, превышает его и составляет 6,3 млн КОЕ/г сухой почвы против 4,9 млн КОЕ в контроле.

Отмечено также негативное воздействие ТМ на сообщество бактерий, утилизирующих соединения азота: их количество в ризосфере пшеницы при 20 ПДК ТМ снижается в 2,5—3 раза против контроля в фазы кущения и выхода в трубку и в 1,5 раза — в фазу молочно-восковой спелости зерна. Установлено, что сообщество бактерий, утилизи-

рующих преимущественно минеральные формы азота, подвержено негативному воздействию ТМ в большей мере: их количество в почве с высоким уровнем загрязнения (10 и 20 ПДК) снижается по сравнению с контролем в фазы кущения и выхода в трубку растений в 3 и 2—2,5 раза соответственно (рис. 3).

Бактеризация улучшает жизнедеятельность бактерий, участвующих в трансформации азотных соединений, в ризосфере пшеницы на фоновых участках (без ТМ): в ранние фазы вегетации численность аммонификаторов и бактерий, утилизирующих минеральные соединения азота, увеличивается по сравнению с контролем в 1,5—2 раза и на 20—35% соответственно. Положительное воздействие Фосфоэнтерина на развитие этих сообществ бактерий в чернозёме южном отмечено и при загрязнении почвы ТМ, а численность КОЕ аммонифицирующих бактерий в ризосфере бактеризованных растений превышала показатели контроля в течение весенне-летней вегетации растений при загрязнении почвы из расчёта 5 и 10 ПДК ТМ (рис. 4). Однако необходимо отметить, что при 20 ПДК ТМ численность бактерий этих сообществ в ризосфере приближается к значениям контроля только в фазу молочно-восковой спелости зерна пшеницы.

Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о положительном влиянии Фос-фоэнтерина на динамику численности бактерий, трансформирующих соединения фосфора и азота в ризосфере озимой пшеницы при загрязнении почвы ТМ в условиях полевого эксперимента. Бактеризация способствует увеличению их количества в течение весенне-летней вегетации растений даже при загрязнении почвы на уровне 20 ПДК ТМ.

Анализ полученных результатов свидетельствует о негативном воздействии ТМ на ферментативные процессы, протекающие в почве: отмечено снижение показателей каталазной активности в ризосфере

I " инокуляции  Фосфоэнтерин

Рис. 1 - Динамика численности бактерий, растворяющих минеральные труднорастворимые фосфаты, в ризосфере озимой пшеницы

Без El ни куля ЦП II  Форфоэстгерин

Рис. 2 - Динамика численности бактерий, трансформирующих органические труднорастворимые фосфаты, в ризосфере озимой пшеницы

Рис.

I I 1>Г! ЙВОКуЛЯЦНи  11 ' Штерны

3 - Динамика численности бактерий, утилизирующих минеральные соединения азота, в ризосфере озимой пшеницы

[ инокуляции  Фосфоэнтерын

Рис. 5 - Динамика активности термолабильной каталазы в ризосфере озимой пшеницы, мл О2/г сухой почвы /1 мин

на всех уровнях загрязнения в течение весенне-летней вегетации озимой пшеницы (рис. 5). Так, при внесении в почву высоких доз ТМ (из расчёта 10 и 20 ПДК) отмечено снижение показателей каталазной активности в ризосфере: в 1,7—6 раз против контроля в фазу весеннего кущения растений и в 1,5—2,5 раза — в фазы выхода в трубку и молочно-восковой спелости зерна пшеницы.

Необходимо отметить, что инокуляция способствует повышению активности термолабильной каталазы в ризосфере как при загрязнении почвы ТМ, так и на делянках без их внесения. Наибольшее увеличение показателей каталазной активности в ризосфере бактеризованных растений по сравнению с контролем отмечено в фазу весеннего кущения (незагрязнённые делянки и ТМ из расчёта 5 ПДК): до 24 и 25 мл О2/г почвы / 1 мин соответственно против 22 и 20 мл О2 /г почвы / 1 мин в контроле. Активность каталазы в ризосфере бактеризованных растений возрастает даже при внесении в почву ТМ из расчёта 20 ПДК: почти в 4,5 раза против контроля (16 мл О2/г

ОБеч пнокулнцнн  Фосфоэнтернн

Рис. 4 - Динамика численности аммонифицирующих бактерий в ризосфере озимой пшеницы

почвы/ 1 мин против 3,4 мл). Наиболее высокие показатели активности термолабильной каталазы в ризосфере контрольных и бактеризованных растений отмечены в фазу молочно-восковой спелости зерна пшеницы. Однако необходимо отметить, что только в фазы выхода в трубку и молочно-восковой спелости зерна (при загрязнении почвы из расчёта 5 и 10 ПДК ТМ) в ризосфере бактеризованных растений наблюдается полное восстановление показателей активности термолабильной каталазы.

Таким образом, результаты трёхлетних опытов свидетельствуют о том, что применение Фосфо-энтерина для предпосевной инокуляции семян озимой пшеницы способствует оптимизации биологической активности в ризосфере бактеризованных растений при загрязнении чернозёма южного ТМ (Сг, Си, РЬ).

Наше исследование подтвердило положительное влияние предпосевной инокуляции на зерновую продуктивность озимой пшеницы. Установлено, что урожайность бактеризованных растений на участках с различными уровнями загрязнения почвы ТМ увеличилась на 0, 84—1,16 т/га (30—50%) по сравнению с контролем. Наибольшая продуктивность озимой пшеницы получена на участках, не загрязнённых ТМ, однако прибавка за счёт инокуляции составляла 0,25 т/га (6,8% против контроля).

Выводы. Загрязнение почвы тяжёлыми металлами (Сг, Си, РЬ) негативно влияет на показатели биологической активности в ризосфере озимой пшеницы: снижает численность бактерий, трансформирующих соединения фосфора и азота, а также угнетает ферментативную активность (термолабильную каталазу). Предпосевная инокуляция (Фосфоэнтерин) семян пшеницы способствует восстановлению численности бактерий и оптимизации показателей активности термолабильной каталазы в ризосфере в течение весенне-летней вегетации растений.

Литература

1. Иутинская Г.А., Коппа Ю.В., Степашко В.С. Моделирование динамики численности микроорганизмов в почве, загрязнённой тяжёлыми металлами // Микробиологический журнал. 2002. Т. 64. № 3. С. 59-67.

2. Белимов А.А., Кунакова А.М., Сафронова В.И. Использование ассоциативных бактерий для инокуляции ячменя в условиях загрязнения почвы свинцом и кадмием // Микробиология. 2004. № 3. С. 10-15.

3. Белимов А.А., Тихонович И.А. Микробиологические аспекты устойчивости и аккумуляции тяжёлых металлов у растений // Сельскохозяйственная биология. 2011. № 3. С. 17-22.

4. Завалин А.А., Алметов Н.С. Применение биопрепаратов и биологический азот в земледелии Нечерноземья. М.: Издательство ВНИИА, 2009. 152 с.

5. Чеботарь В.К., Завалин А.А., Кипрушкина Е.И. Эффективность применения биопрепарата Экстрасол. М.: Издательство ВНИИА, 2007. 216 с.

6. Тихонович И.А., Проворов Н.А. Сельскохозяйственная микробиология как основа зкологически устойчивого агро-производства: фундаментальные и прикладные аспекты // Сельскохозяйственная биология. 2011. № 3. С. 3—9.

7. Теппер Е.З., Шильникова В.К., Переверзева Г.И. Практикум по микробиологии. М.: Дрофа, 2005. 256 с.

8. Методы почвенной микробиологии и биохимии / Под ред. Д.Г. Звягинцева. М.: Изд-во МГУ. 1991. 304 с.

9. Удобрювальний бюпрепарат «ФОСФОЕНТЕРИН» на основi штаму фосфатмобМзуючих бактерш Enterobacter nimipressuralis 32-3 / Чайковська Л.А., Мельничук Т.М., Пархоменко Т.Ю., Татарин Л.М., Гргтчина Л.Ю., Каменева 1.О. / Декларацшний патент Украши на корисну модель, № заявки u 2005 07621, ршення ввд 10.11.05. Бюл. 2006. № 2. 8 с.

10. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М.: Агропромиздат, 1985. 352 с.

Посевные качества семян, морфологические и физиологические показатели растений озимой пшеницы в начальный период роста и развития в зависимости от влияния различных экзогенных факторов на формирование семян

Т.А. Сорока, аспирантка, В.Б. Щукин, д.с.-х.н., Н.В. Ильясова, к.с.-х.н., ФГБОУ ВО Оренбургский ГАУ

Формирование семян — сложный физиологический процесс, зависящий от большого количества факторов. Это связано с тем, что семена формируются в процессе жизнедеятельности материнского растения в определённых условиях внешней среды. Вследствие влияния различных эндогенных и экзогенных факторов на растения в различные периоды их жизни семена по анатомо-морфологическим, физиологическим, биохимическим, генетическим и репродуктивным свойствам приобретают определённое различие, или разнокачественность, изменчивость (гетероспермия) [1]. При этом путём улучшения снабжения формирующихся семян элементами минерального питания и метаболитами можно снизить количество неполноценных семян [2, 3].

Использование регуляторов роста и других физиологически активных веществ для повышения продуктивности семеноводческих посевов требует дополнительных исследований, так как эти препараты, усиливая интенсивность физиологических процессов, влияют на побегообразовательную способность, на органогенез побегов растений и в целом на продуктивность посева, что может привести к увеличению разнокачественности семян и отразиться на их посевных свойствах [4—7].

Материал и методы исследования. Исследование проводилось на опытном поле Оренбургского ГАУ. На посеве озимой пшеницы Оренбургская 105 изучали эффективность некорневого внесения регуляторов роста Рибав-Экстра и Иммуноцитофит, удобрения на основе гуминовых кислот Росток, а

также их смесей. Обработку вегетирующих растений проводили в фазу выхода в трубку и в начале колошения. Дозы применяемых препаратов составляли: Рибав-Экстра — 1 мл/га, Иммуноцитофит — 0,5 г/га, Росток — 200 мл/га. Предшественником был чёрный пар, почва представлена чернозёмом южным. Применяли агротехнику, за исключением изучаемых факторов, общепринятую для зоны. Исследование семян проводили в лаборатории физиологии и биохимии растений кафедры ботаники и физиологии растений Оренбургского ГАУ. Опыты закладывали в растильнях, в 4-кратной повторности. Энергию прорастания семян определяли через 3 сут., лабораторную всхожесть семян, морфологические показатели и биомассу проростков — через 7 сут. после закладки опыта. Статистическая обработка полученных данных проводилась по Б.А. Доспехову [8].

Результаты исследования. На формирование семян озимой пшеницы Оренбургская 105 влияние обработки вегетирующих растений регуляторами роста определялось сроками внесения препаратов. Отмечено повышение энергии прорастания семян на варианте с внесением препаратов Иммуноцито-фит и Росток в фазу выхода в трубку (на 3,7—4,8%) и тенденция к её снижению при внесении данных препаратов в начале колошения (табл. 1).

На варианте с применением Рибав-Экстра отмечалась тенденция к увеличению энергии прорастания семян при обоих сроках внесения препарата. При использовании смесей регуляторов роста с препаратом Росток выявлено снижение энергии прорастания, при внесении смеси препаратов Росток и Иммуноцитофит на 1,5% и повышение коэффициента её вариации на 3,4%. На осталь-