doi: 10.15389/agrobiology.2021.1.146rus
УДК 633.1:631.559.2:579.64
ПРОРАСТАНИЕ СЕМЯН ЗЛАКОВ ПОД ВЛИЯНИЕМ КОМПОЗИЦИЙ АЗОТФИКСИРУЮЩИХ И ФОСФАТМОБИЛИЗУЮЩИХ БАКТЕРИЙ ИЗ ПОЧВ, ВОЗДЕЛЫВАЕМЫХ В УСЛОВИЯХ ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА
М.Л. СИДОРЕНКО1, 2 ✉, Н.А. СЛЕПЦОВА1, А.Н. БЫКОВСКАЯ1,
В.В. БЕРЕЖНАЯ3, А.Г. КЛЫКОВ3
Минеральные удобрения, позволяя значительно увеличить продуктивность сельскохозяйственных культур, при многолетнем использовании оказывают неблагоприятное воздействие на почву и экологию в целом. Микроорганизмы, составляющие основу биопрепаратов, которые рассматривают как альтернативу минеральным удобрениям, стимулируют рост и развитие растений благодаря способности к азотфиксации, продукции сидерофоров, фитогормонов и ферментов, растворению недоступных элементов минерального питания, подавлению фитопатогенов, усилению поглощения влаги и питательных элементов. Однако эффективность таких препаратов сильно зависит от факторов новой для них окружающей среды. Мы предположили, что решением проблемы может стать создание фитостимуляторов на основе бактерий из почв, долгое время подвергавшихся воздействию различных агроприемов. В представленном исследовании нами впервые выделены местные активные штаммы азотфиксирующих и фосфатмобилизующих бактерий из почв длительного (74 года) стационарного опыта по интенсивному земледелию в условиях Дальнего Востока России. Выявлены изоляты и их сочетания с наибольшей потенциальной способностью стимулировать прорастание семян и развитие проростков пшеницы и ячменя. Целью работы было изучение свойств азотфиксирующих и фосфатмобилизующих бактерий из почв, длительное время подвергавшихся активной химизации, как возможных фитостимуляторов. Бактериальные изоляты выделяли из образцов сельскохозяйственных почв (8-е опытное поле ФНЦ Агробиотехнологий им. А.К. Чайки ДВО РАН, Приморский край, Россия), отобранных в октябре 2015 года. В качестве тест-объектов использовали семена пшеницы Triticum aestivum L. сорта Приморская 50 и ячменя Hordeum vurlage L. сорта Тихоокеанский (коллекция ФНЦ Агробиотехнологий ДВО РАН). Из 68 бактериальных изолятов с различными культуральными и морфологическими свойствами три (N1, N2 и N3) обладали способностью к азотфиксации и четыре (P6, P7, P8 и P19) относились к фосфатмобилизующим микроорганизмам. Сравнение результатов применения монокультур и разных вариантов бинарных композиций азотфиксирующих и фосфатмобилизующих изолятов показало, что при обработке энергия прорастания семян пшеницы увеличилась на 13-51 % (p ≤ 0,05), семян ячменя ― на 15-54 % (p ≤ 0,05) по сравнению с необработанным контролем. Лабораторная всхожесть семян пшеницы под влиянием азотфиксирующих и фосфатмобилизующих бактерий увеличилась на 2-32 %, семян ячменя ― на 7-30 % (по сравнению с необработанным контролем). Обработка семян ячменя в большинстве вариантов привела к увеличению длины побега в 1,8 раза, длины корней ― в 2,7 раза. Наибольшую длину побега (120-140 мм, p ≤ 0,05) отмечали для N2P19, P6P19, P8P19, корней (120-130 мм, p ≤ 0,05) ― для P6P7, N2P19, P6P19. Полученные результаты позволяют заключить, что краткосрочное замачивание в суспензиях исследуемых азотфиксирующих и фосфатмобилизующих бактерий способствует значительному увеличению энергии прорастания и лабораторной всхожести семян, длины побега и корня. Бинарные композиции бактерий оказывают большее влияние на прорастание семян растений, чем монокультуры. Наиболее выраженный стимулирующий эффект имели азотфиксирующие штаммы N1 (Acinetobacter spp.), N2 (Azotobacter spp.) и фосфатмобилизующий штамм P19 (Pantoea spp.). При этом наблюдались различия в отзывчивости растений на обработку в зависимости от их видовой принадлежности, вероятно, обусловленные отсутствием генетической и физиолого-биохимической комплементарности между конкретным видом растения и исследуемыми бактериями.
Ключевые слова: биологические удобрения, диазотрофы, фосфатмобилизующие бактерии, почвы, длительная химизация, Triticum aestivum L., пшеница, Hordeum vurlage L., ячмень, семена, энергия прорастания, лабораторная всхожесть, проростки.
M.L. Sidorenko1, 2 ✉, N.A. Sleptsova1, A.N. Bykovskaya1,
V.V. Berezhnaya3, A.G. Klykov3
Mineral fertilizers which can significantly increase crop productivity have an adverse effect on the soil and the environment as a whole when used for a long time. Microorganisms, as an alternative to mineral fertilizers, stimulate plant growth and development due to their ability to fix nitrogen, produce siderophores, phytohormones and enzymes, dissolve inaccessible elements of mineral nutrition, suppress plant pathogens, and increase consumption of water and nutrients. However, the effectiveness of such preparations highly depends on factors of a new environment. We believe that bacteria from soils that have long been exposed to various agricultural practices may be good plant stimulants. In the presented study, for the first time, we have isolated local active strains of nitrogen-fixing and phosphate-mobilizing bacteria from soils subjected to 74-year stationary intensive farming in the conditions of the Russian Far East and revealed isolates and their combinations which stimulate wheat and barley seed germination and seedling growth. The aim of the work was to study the plant-stimulating properties of nitrogen-fixing and phosphate-mobilizing bacteria from soils that have been actively exposed to mineral fertilizers for a long time. Bacteria were isolated from soils sampled in October 2015 (the experimental field 8, Federal Research Center for Agrobiotechnology FEB RAS, Ussuriysk, Primorsky Territory, Russia). The seeds of wheat Triticum aestivum L. cultivar Primorskaya 50, and barley Hordeum vurlage L. cultivar Tikhookeanskii (collection of the Federal Research Center for Agrobiotechnology FEB RAS) were treated. Of 68 bacterial isolates with different cultural and morphological properties, three isolates, the Acinetobacter spp. N1, Azotobacter spp. N2, and Clostridium spp. N3 were nitrogen fixers, and four isolates, the Serratia spp. P6, Bacillus spp. P7), Arthrobacter spp. P8, and Pantoea spp. P19 were phosphate-mobilizing bacteria. Tests with the monocultures of nitrogen-fixing and phosphate-mobilizing isolates and their different binary compositions showed a 13-51 % increase (p ≤ 0.05) in wheat seed germination energy and 15-54 % increase (p ≤ 0.05) in barley seed germination energy compared to the untreated control. Laboratory germination of wheat seeds increased by 2-32 %, barley seeds by 7-30 % compared to untreated control. The barley seedlings were 1.8 times longer, and the roots were 2.7 times longer. Th binary combination N2P19, P6P19, and P8P19 caused the highest height of seedlings (120-140 mm, p ≤ 0.05), and with P6P7, N2P19, and P6P19 the roots were the longest (120-130 mm, p ≤ 0.05). These results allow us to conclude that short-term soaking seeds in the suspensions of the tested nitrogen-fixing and phosphate-mobilizing isolates improves seed germination energy and laboratory germination, and increases shoot and root length. Binary bacterial compositions have a greater effect on seed germination than monocultures. The strains N1 (Acinetobacter spp.), N2 (Azotobacter spp.), and P19 (Pantoea spp.) are the best stimulants. Species-specific differences in plant response to the treatment is probably due to lack of genetic, biochemical and physiological complementarities between specific plant species and the bacteria.
Keywords: biological fertilizers, diazotrophs, phosphate-mobilizing bacteria, soil, long-term chemicalization, Triticum aestivum L., wheat, Hordeum vurlage L., barley, seeds, germination energy. laboratory germination, seedlings.
1ФНЦ биоразнообразия наземной биоты |
Поступила в редакцию |
