doi: 10.15389/agrobiology.2018.5.977rus
УДК 633.34:579.64:631.847.211:631.811
Работа выполнена при поддержке РНФ (подготовка и проверка чистоты бактериальных инокулюмов и биопрепаратов — грант № 16-16-00080; постановка полевых опытов — грант № 14-16-00137; элементный анализ растений — грант № 17-76-10039) и РФФИ (изучение образования клубеньков и азотфиксации — грант № 15-04-09023). Депонирование штаммов выполнено в рамках Программы ФАНО России по развитию и инвентаризации биоресурсных коллекций научными организациями.
СОРТОВАЯ СПЕЦИФИЧНОСТЬ ЭФФЕКТОВ РИЗОБАКТЕРИЙ
В ОТНОШЕНИИ АЗОТФИКСИРУЮЩЕГО СИМБИОЗА И
МИНЕРАЛЬНОГО ПИТАНИЯ СОИ В УСЛОВИЯХ АГРОЦЕНОЗА
Ю.В. БЕРЕГОВАЯ1, И.Л. ТЫЧИНСКАЯ1, С.Н. ПЕТРОВА1,
Н.В. ПАРАХИН1,
Я.В. ПУХАЛЬСКИЙ2, Н.М. МАКАРОВА2,
А.И. ШАПОШНИКОВ2,
А.А. БЕЛИМОВ2
Для бобовых растений важным механизмом взаимодействия с ризобактериями служит их способность стимулировать формирование азотфиксирующего симбиоза с клубеньковыми бактериями. В то же время мало известно о внутривидовой (сортовой) изменчивости бобовых растений в реакциях на инокуляцию ризобактериями. Наши недавние модельные исследования с проростками сои на гидропонике показали способность ризобактерии Pseudomonas oryzihabitans Ep4, продуцирующей ауксины и содержащей АЦК дезаминазу, активнее стимулировать рост и колонизировать корни у сортов Красивая Меча и Свапа, чем у сорта Бара. Целью настоящей работы было изучение сортоспецифичных ответных реакций растений сои Glycine max (L.) Merr. на инокуляцию ризосферными бактериями при различном минеральном питании в условиях агроценоза. Исследования выполняли на трех раннеспелых районированных сортах сои северных экотипов — Красивая Меча, Свапа и Бара. Использовали штаммы ризобактерий Ps. oryzihabitans Ep4 и Variovorax paradoxus 3-P4. Для образования азотфиксирующего симбиоза применяли биопрепарат ризоторфин, содержащий клубеньковую бактерию Bradyrhizobium japonicum 634b. Полевые опыты проводили в 2013-2015 годах (НОПЦ «Интеграция» Орловского ГАУ, п. Лаврово, Орловский р-н) на темно-серой лесной среднесуглинистой почве. Минеральное удобрение вносили в виде диамофоски за 7 сут до посева. Сравнивали два фона минерального питания: N30P81K81 и N44P116K116. Во всех вариантах с применением ризоторфина масса клубеньков и их число повышались, за исключением варианта с инокуляцией сорта Бара на фоне N30P81K81. В фазу цветения на низком фоне минерального питания при использовании ризоторфина инокуляция Ps. oryzihabitans Ep4 приводила к увеличению числа (на 140 %) и массы (на 176 %) клубеньков, а также азотфиксирующей активности (на 69 %) у сорта Свапа. На высоком фоне минерального питания влияние Ps. oryzihabitans Ep4 на бобово-ризобиальный симбиоз проявилось в повышении числа клубеньков у сорта Свапа (на 55 %) и азотфиксирующей активности у сорта Бара (на 205 %), а штамм V. paradoxus 3-P4 повысил азотфиксацию у сортов Красивая Меча (на 231 %) и Бара (на 205 %). В фазу цветения на фоне N30P81K8 надземная масса у растений сортов Красивая Меча и Свапа увеличивалась как при использовании монокультур ризобактерий, так и при комбинировании штаммов с ризоторфином. Однако сорт Бара положительно отреагировал только на моноинокуляцию ризоторфином. На фоне N44P116K116 совместная инокуляция сорта Бара ризоторфином и Ps. oryzihabitans Ep4, а также сорта Красивая Меча ризоторфином и V. paradoxus 3-P4 оказалась достоверно эффективнее (соответственно p = 0,015 и p = 0,039), чем моноинокуляция ризоторфином. Как правило, положительное действие обоих штаммов ризобактерий на рост растений в фазу цветения, а также на содержание питательных элементов (Mg, Ca, B, Fe, Zn и Mo) в листьях в большей степени проявлялось на сортах Красивая Меча и Свапа на низком и/или высоком фонах минерального питания. Максимальное влияние ризобактерий на урожай семян и показатели его качества (содержание белка и жира) также получены при инокуляции сортов Красивая Меча и Свапа. Сорт Бара характеризовался более высокой отзывчивостью на минеральные удобрения. Обнаруженные различия между сортами сои в реакциях на инокуляцию ризобактериями свидетельствуют о более высокой степени интеграции сортов Красивая Меча и Свапа с ассоциативными микроорганизмами по сравнению с сортом Бара. Результаты исследований указывают на перспективность создания растительно-микробных систем, сочетающих высокую симбиотрофность и активную ассимиляцию питательных элементов из удобрений и почвы.
Ключевые слова: Glycine max, Pseudomonas, Variovorax, внутривидовая изменчивость, минеральное питание, ризосфера, симбиотическая азотфиксация, фитогормоны, агроценоз.
Yu.V. Beregovaya1, I.L. Tychinskaya1, S.N. Petrova1, N.V. Parahin1,
J.V. Puhalsky2,
N.M. Makarova2, A.I. Shaposhnikov2, A.A. Belimov2
Stimulation of nitrogen-fixing symbiosis by is an important mechanism of interaction between rhizobacteria and leguminous plants. At the same time, little is known about intraspecific (varietal) variability of leguminous when responding to inoculation with rhizobacteria. Our recent model studies of hydroponic soybean seedlings showed that rhizobacteria Pseudomonas oryzihabitans Ep4 can better stimulate growth and colonize the roots of Nice Mecha and Swapa soybean plants when compared to Bara variety. The purpose of this work was to study the variety-specific responses of soybeans plants to inoculation with rhizosphere bacteria (rhizobacteria) producing auxins and containing 1-aminocyclopropane-1-carboxylate (ACC) deaminase at various levels of plant mineral nutrition under agrocenosis conditions. The subject plants were three early ripening soybean Glycine max (L.) Merr. varieties of the northern ecotypes Nice Mecha, Swapa and Bara. Rhizobacterial strains Pseudomonas oryzihabitans Ep4 and Variovorax paradoxus 3-P4 were used for inoculation. Biopreparation rizotorfin containing a nodule bacterium Bradyrhizobium japonicum strain 634b was used for the formation of nitrogen-fixing symbiosis. Three-year field experiments were conducted in 2013-2015 years in the northernmost area of soybean cultivation (Orel region) on a dark gray forest medium-loamy soil. Mineral fertilizer ‘diamofoska’ was applied 7 days before sowing. Two mineral nutrition levels of N30P81K81 and N44P116K116 were used. In all treatments with rhizotorfin there was an increase in nodule biomass and nodule number, except the treatment of cultivar Bara at N30P81K81. In using lower mineral nutrition with risotorphin, the strain Ps. oryzihabitans Ep4 increased number (by 140 %) and weigh (by 176 %) of nodules and nitrogen-fixing activity (by 69 %) of Swapa plants at flowering. At a higher mineral nutrition the influence of Ps. oryzihabitans Ep4 on the legume-rhizobia symbiosis manifested by the increased nodule number on Swapa roots (by 55 %) and nitrogen-fixing activity of Bara variety (by 205 %), whereas the strain V. paradoxus 3-P4 increased nitrogen fixation of Nice Mecha (by 231 %) and Bara (by 205 %). The positive effects of both rhizobacterial strains on the plant growth at the flowering stage, as well as on the content of nutrients (Mg, Ca, B, Fe, Zn and Mo) in leaves were more pronounced on varieties Nice Mecha and Swapa at lower and/or higher mineral nutrition. At N30P81K81 the increase of shoot biomass at the flowering stage in cultivars Nice Mecha and Swapa was obtained after inoculation with mono-cultures of the studied rhizobacteria and after combination of rhizobacteria with rhizotorfin as well. However cultivar Bara has a positive response to mono-inoculation with rhizotorfin. At N44P116K116 a combined inoculation of cultivar Bara with rhizotorfin and strain Ps. oryzihabitans Ep4, as well as cultivar Nice Mecha with rhizotorfin and strain V. paradoxus 3-P4, was significantly more efficient as compared to mono-inoculation with rhizotorfin. As a rule, the positive effects of both rhizobacterial strains on plant growth at flowering, as well as on the content of nutrient elements (Mg, Ca, B, Fe, Zn and Mo) in leaves, were more pronounced on cultivars Nice Mecha and Swapa at a lower and/or a higher level of mineral nutrition. The maximum effect of rhizobacteria on seed yield and seed quality (protein and fat content) is also obtained by inoculation of varieties Nice Mecha and Swapa. However, variety Bara has the highest response to mineral fertilizers. The differences found between soybean varieties in the response to inoculation with plant growth-promoting rhizobacteria indicate a higher degree of integration between associative microorganisms and varieties Nice Mecha and Swapa compared to variety Bara. The results of this study indicate the promise for creating plant-microbe systems that combine a high degree of symbiotrophy and assimilation of nutrients from fertilizers and soil.
Keywords: Glycine max, Pseudomonas, Variovorax, intraspecies variability, mineral nutrition, rhizosphere, symbiotic nitrogen fixation, phytohormones, agrocenosis.
1ФГБОУ ВО Орловский государственный аграрный |
Поступила в редакцию |
