Результаты отбора чистых культур с хозяйственно полезными свойствами из дальневосточных природных популяций ризобий сои

Размещено на http://allbest.ru

Размещено на http://allbest.ru

РЕЗУЛЬТАТЫ ОТБОРА ЧИСТЫХ КУЛЬТУР С ХОЗЯЙСТВЕННО ПОЛЕЗНЫМИ СВОЙСТВАМИ ИЗ ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫХ ПРИРОДНЫХ ПОПУЛЯЦИЙ РИЗОБИЙ СОИ

М.В. Якименко, А.И. Сорокина

Аннотация. Исследования проводили в 2019-2020 гг. во Всероссийском научно-исследовательском институте сои с целью изучения эффективности штаммов Bradyrhizobium japonicum (Jordan, 1982) и Sinorhizobium fredii (Scholia, Elkan, 1984), устойчивых к концентрации молибдата аммония 10 г/л, применяемой в производстве для обработки семян сои (Glycine max (L.) Merr.). Объекты исследований - чистые культуры ризобий сои двух видов, соя сортов Евгения, Персона, Топаз, Китросса селекции ВНИИ сои. В лабораторных условиях изучена устойчивость чистых культур ризобий сои B. japonicum и S. fredii, хранящихся в лабораторной коллекции ФГБНУ ВНИИ сои, к различным дозам молибдата аммония в питательной среде. В результате установлено, что при повышении концентрации молибдата аммония в питательной среде до 10 г/л 66 % чистых культур fredii прекратили свой рост, выявлены штаммы ризобий, устойчивые к повышенной концентрации соли молибдена в среде. Эффективность отобранных штаммов изучали в полевых опытах на луговой черноземовидной почве Амурской области. По результатам двух лет испытаний выбраны перспективные штаммы ризобий B. japonicum (ТМ-455, ТМ-469, БМ-91, БД-14) и S. fredii (ББ-49, ТБ-589 СБ-38, СБ-43, 071), повышающие семенную продуктивность сои амурских сортов на 0,07-0,4 т/га.

Ключевые слова: штамм, вид, Bradyrhizobium japonicum, Sinorhizobium fredii, инокуляция, молибдат аммония, соя, урожайность, эффективность

RESULTS OF THE SELECTION OF PURE CULTURES WITH ECONOMICALLY USEFUL PROPERTIES FROM THE FAR EASTERN NATURAL POPULATIONS OF SOYBEAN RHIZOBIA

M.V. Yakimenko, A.I. Sorokina

Abstract. The studies were carried out in 2019-2020 at the All-Russian Soybean Research Institute in order to investigate the effectiveness of strains Bradyrhizobium japonicum (Jordan, 1982) and Sinorhizobium fredii (Scholla, Elkan, 1984), resistant to ammonium molybdate in the concentration of 10 g/l used for soybean seed (Glycine max (L.) Merr.) treatment. The objects of the studies were pure cultures of two soybean rhizobia species, soybean varieties were Evgeniya, Persona, Topaz, Kitrossa of the All-Russian Soybean Research Institute of soybean. The resistance of pure cultures of soybean rhizobia B. japonicum and S. fredii, stored in the laboratory collection of the All-Russian Research Institute of Soybean, to various doses of ammonium molybdate in the nutrient medium was studied under laboratory conditions. As a result, it was found that with an increase in the ammonium molybdate concentration in the nutrient medium up to 10 g/l, 66 % of pure cultures of B. japonicum and 9 % of S. fredii ceased their growth, strains of rhizobia resistant to an increased concentration of molybdenum salt in the medium were identified. The efficiency of the selected strains was studied in field experiments on the meadow chernozem-like soil of the Amur Region. Based on the results of two years of testing, promising strains of rhizobia - B. japonicum (ТМ-455, ТМ-469, BM-91, BD-14) and S.fredii (BB-49, TB-589 SB-38, SB-43, 071), which increase the seed productivity of the Amur soybean varieties by 0.07-0.4 t/ha were selected.

Keywords: strain, species, Bradyrhizobium japonicum, Sinorhizobium fredii, inoculation, ammonium molybdate, soybean, productivity, efficiency

На современном этапе развития сельского хозяйства в России из-за постоянного роста цен на удобрения, средства защиты растений, энергоносители, сельскохозяйственную технику актуальным является вопрос о стабильно высоком урожае хорошего качества с наиболее низкими затратами для его получения [1]. Кроме того, нерациональное применение агрохимикатов, низкий коэффициент их использования растениями приводит к деградации почв, нарушает экологическое равновесие природных систем [2-4]. В связи с этим перспективно использование в сельскохозяйственном производстве бактериальных препаратов [5-7]. Например, многолетний опыт искусственной инокуляции бобовых культур свидетельствует о том, что это наиболее простой, экономичный и экологичный способ увеличения их урожая в среднем на 10-15 %, а в новых районах возделывания - на 40-50 % и более [8-10]. Для достижения максимального эффекта от ризобиальных препаратов необходимо постоянно вести поиск новых высокоэффективных, обладающих повышенной конкурентной способностью штаммов клубеньковых бактерий, на основе которых готовят инокулянты [11-13].

Дальневосточный регион - единственный в России и самый северный в мире ареал распространения природных популяций ризобий сои. Их высокая активность дает возможность отбора наиболее ценных по хозяйственно полезным свойствам штаммов [14-16] - например, штаммов, устойчивых к повышенным концентрациям молибдена в питательной среде. Применение молибденовых удобрений для предпосевной обработки семян сои - обязательный элемент технологии ее возделывания, но рекомендуемые дозы этого микроэлемента могут отрицательно влиять на выживаемость чистых культур ризобий сои, на основе которых производятся инокулянты [17-19]. Проводимые нами ранее исследования показали возможность отбора штаммов ризобий, устойчивых к молибдену в среде, и позволили выявить наименее токсичную для чистых культур концентрацию молибдата аммония (10 г/л), используемую в производстве.

Цель исследований - оценка эффективности выделенных из дальневосточных природных популяций штаммов В. Japonicum и S. fredii, устойчивых к повышенной концентрации молибдена в питательной среде, на сое новых сортов селекции ФНЦ ВНИИ сои.

Материал и методы

Эксперименты проводили в 2019-2020 гг. во Всероссийском научноисследовательском институте сои (г. Благовещенск). Объектами исследований служили чистые культуры ризобий сои Bradyrhizobium japonicum (Jordan, 1982) и Sinorhizobium fredii (Scholia, Elkan, 1984), выделенные из природных популяций Дальнего Востока, растения сои сортов амурской селекции Персона, Евгения, Топаз, Китросса.

Устойчивость штаммов ризобий к соли молибдена изучали на минерально-растительной среде (МРС) следующего состава, г/л: К₂НР0₄- 0,5; КН₂Р0₄ - 0,5; MgS0₄ - 0,1; CaS0₄ - 0,1; NaCl - 0,2; маннит - 20,0; соевая мука - 10,0; агар- агар - 20,0 с использованием молибдата аммония в количествах 1,0 и 10 г/л соли в среде. При проведении экспериментов с ризобиями питательные среды разливали по пробиркам и стерилизовали в автоклаве. Далее пробирки со средами выставляли на штативы для скашивания и через 30-40 минут маркировали. На подготовленную МРС микробиологической петлей, соблюдая стерильность, высевали чистую культуру ризобий. Пробирки с засеянными культурами термостатировали при температуре +27...+28 °С. Каждый штамм оценивали в двух пробирках на 13-е сутки после посева по показателям интенсивности роста штриха визуально по балльной шкале: 0 - нет роста, 1 - скудный, 2 - умеренный, 3 - хороший, 4 - обильный рост [20].

Полевые исследования проводили на опытном поле ФЕЩ ВНИИ сои (Амурская область, Тамбовский район, с. Садовое). Почва опытного участка луговая см), характеризующаяся следующими показателями: содержание гумуса (ГОСТ 26 213-84) - 4,3 %; подвижного фосфора Р₂0₅ и калия К₂0 (по Кирсанову) - соответственно 37 и 211 мг/кг почвы; минерального азота N0₃ + NH₄ - 18,6 мг/кг; реакция почвенного раствора слабокислая (рН_КС1 5,2 ед.); гидролитическая кислотность (Hr) - 2,52 мг-экв. / 100 г почвы. Особенностью данного вида почвы является то, что при значительных валовых запасах азота и фосфора доступных для растений форм этих элементов недостаточно.

Метеорологические условия в зоне проведения полевых исследований характеризуются как типичные для муссонного климата. Наиболее теплым месяцем является июль. Наибольшее количество осадков выпадает в июле и августе. Так, по среднемноголетним данным доля осадков в эти месяцы составляет 48 % от годовой суммы, тогда как сумма осадков за ноябрь-март не превышает 5 %. В годы закладки опытов наблюдалось существенное отклонение показателей количества осадков от среднемноголетних данных. Так, если среднемесячная температура воздуха в апреле-сентябре 2019 г. была на уровне среднемноголетних показателей и количество осадков в апреле, июне, августе, сентябре не превышало норму, то в мае и июле 2019 г. осадков выпало значительно выше нормы (в мае - в 1,7, в июле - в 2,3 раза). В 2020 г. в зоне исследований среднесуточная температура воздуха в апреле-октябре была на 0,9 °С выше среднемноголетних показателей. Избыточное количество осадков отмечали на протяжении всего периода вегетации. Исключение составил июль - осадков выпало 42,7 мм при норме 106 мм. В остальные месяцы наблюдений сумма осадков превысила среднемноголетние показатели в 2,5 раза.

Семена сои сортов селекции ФЕЩ ВНИИ сои Персона, Евгения, Топаз, Китросса высевали ручным способом по 2 семени в точку с интервалом через 10 см на глубину 4-5 см. Посев широкорядный с междурядьями 45 см. Площадь учетной делянки 2,7 м² (длина - 3 м, ширина - 0,9 м), повторность опыта четырехкратная. Предшественник - пшеница. В день посева семена сои обрабатывали бактериально-молибденовой суспензией из расчета 10 г/л молибдата аммония +100 тыс. клеток на 1 семя. Агротехника возделывания сои в мелкоделяночных опытах включала осеннюю вспашку с боронованием почвы, весеннюю культивацию зяби, допосевное внесение гербицида в почву, боронование, прикатывание, маркирование опытного участка. За вегетационный период проводили ручные прополки. Урожай сои с учетной площади убирали сплошным методом вручную с последующим обмолотом снопов на стационарной молотилке и пересчетом урожайности на 14%-ю влажность и 100%-ю чистоту. Закладку, проведение полевых опытов, учет урожая, статистическую обработку урожайных данных проводили по методике Б.А. Доспехова [21]. Статистическую обработку результатов исследований проводили методом дисперсионного анализа с использованием программы Statistica 10 (StatSofflnc., США).

Результаты и обсуждение

На первоначальном этапе в лабораторных условиях была определена устойчивость чистых культур В. japonicum и S. fredii селекции ФНЦ ВНИИ сои (91 штамм) к различным дозам молибдата аммония в питательной среде. На МРС без молибдена хороший и обильный рост штриха чистой культуры показали 85 % изучаемых штаммов B. japonicum и 95,5 % штаммов S. fredii. При добавлении в питательную среду молибдата аммония в количестве 1,0 г/л интенсивность роста штриха исследуемых чистых культур B. japonicum снижалась до 74 %, S. fredii - до 93 %. При повышении концентрации молибдата аммония в питательной среде до 10 г/л 66 % чистых культур ризобий B. japonicum и 9 % чистых культур ризо- бий S. fredii прекратили свой рост (рис. 1).

Эксперименты показали, что добавление молибдата аммония в питательную среду, даже в небольшом количестве, приводит к снижению интенсивности роста чистых культур клубеньковых бактерий сои. Кроме того, было установлено, что исследуемые штаммы ризобий сои существенно отличаются по чувствительности к присутствию соли молибдена в среде, что позволило выявить чистые культуры, устойчивые к повышенной концентрации этого микроэлемента.

Рис. 1. Интенсивность роста штаммов B. Japonicum и S. fredii на агаризованной питательной среде с молибдатом аммония в концентрации 10 г/л

Эффективность штаммов ризобий B. japonicum (648а, ТМ-455, БМ-88, БМ-91, ТМ-469, МС-63, БД-14) и S. Fredii СБ-43, ОБ-46, 071), устойчивых к концентрации 10 г/л молибдата аммония в питательной среде, изучали в полевых опытах на луговых черноземовидных почвах Амурской области на сое сортов Евгения, Персона, Топаз, Китросса селекции ВНИИ сои.

В 2019 г. урожайность надземной массы в вариантах с обработкой семян сои сорта Евгения штаммами В. japonicum составляла 6,79-8,23 т/га, урожайность семян - 2,79-3,38 т/га (табл. 1). Доля хозяйственно полезной части урожая сои в большинстве вариантов со штаммами составляла 41 %. Существенные прибавки урожайности надземной массы сои сорта Евгения (0,18 и 0,42 т/га) были получены в вариантах с применением штаммов МС-63 и БМ-91, семян (0,14 и 0,17 т/га) - штаммов ТМ-455 и БМ-91. Наиболее высокая достоверная прибавка урожайности надземной массы (0,42 т/га) и семян (0,17 т/га) сои сорта Евгения была получена при использовании штамма БМ-91.

Таблица 1

Влияние штаммов В. japonicum и S. fredii на урожайность надземной массы и семян сои сортов Евгения, Персона, 2019 г.

Примечание. Прочерк - прибавка отсутствует.

При проведении в 2019 г. полевого эксперимента на сое сорта Персона средняя урожайность надземной массы растений в контроле составила 5,86 т/га. В вариантах с предпосевной обработкой семян сои изучаемыми штаммами средняя урожайность воздушно-сухой массы растений составляла от 5,75 т/га (штамм ТБ-496) до 6,84 т/га (штамм ББ-49). В среднем изучаемые штаммы ризобий повысили продуктивность фитомассы сои сорта Персона на 0,6 т/га, урожайность семян - на 0,35 т/га. Наиболее высокое увеличение надземной массы относительно контроля (0,98 т/га) было получено при обработке семян сои сорта Персона штаммом S. fredii ББ-49. Доля хозяйственно полезной части урожая в вариантах со штаммами изменялась в узких пределах - от 49 до 53 %. Существенные достоверные прибавки урожайности семян сои сорта Персона (0,29-0,40 т/га) получены в вариантах с применением штаммов S. fredii 071, СБ-43, ББ-49, ТБ-589 (рис. 2).

Рис. 2. Влияние предпосевной обработки семян сои сорта Персона штаммами ризобий на урожайность культуры, т/га

В 2020 г. определяли эффективность изучаемых штаммов B. japonicum и S. fredii на сое сортов Топаз и Китросса (табл. 2).

Таблица 2

Влияние штаммов B. japonicum и S. fredii на урожайность надземной массы и семян сои сортов Топаз, Китросса, 2020 г.

Примечание. Прочерк - прибавка отсутствует.

Урожайность надземной массы растений сои сортов Топаз и Китросса в контроле составила соответственно 5,47 и 7,45 т/га. В вариантах с обработкой семян штаммами 648а, ТМ-455, ТБ-589 и 071 отмечены наиболее высокие прибавки урожайности фитомассы сои этих сортов по сравнению с контролем (0,22-0,33 т/га). Предпосевная обработка семян сои сорта Топаз штаммами B. japonicum 648а, ТМ-455, ТМ-469, БД-14 достоверно повысила семенную продуктивность культуры на 0,07-0,11 т/га. Максимальная прибавка урожайности семян сои сорта Топаз (0,11 т/га) была получена при их обработке штаммами B. japonicum 648а и ТМ-455. Соя сорта Китросса отреагировала на обработку семян штаммами S. fredii ББ-49, ТБ-589, СБ-38, 071 прибавкой урожайности на 0,12-0,16 т/га по сравнению с контролем. В вариантах с использованием штаммов S. fredii 071, ББ-49, ТБ-589 урожайность семян была 2,58-2,59 т/га, что на 0,150,16 т/га выше контроля.

Заключение

В результате исследований отобраны штаммы B. japonicum и S. fredii, устойчивые к повышенной концентрации молибдата аммония в питательной среде, проведена оценка их эффективности на сое амурских сортов. Штаммы 648а, ТМ-455, БМ-91, МС-63 (B. japonicum) и ББ-49, ТБ-589, СБ-43, 071 (S. fredii) повысили продуктивность надземной массы сои сортов Евгения, Персона, Топаз, Китросса на 0,18-0,98 т/га. Наиболее высокие показатели прироста надземной массы сои сорта Персона относительно контроля отмечены в вариантах со штаммами ББ-49 (0,98 т/га), СБ-43 (0,81 т/га). Штаммы B. japonicum 648а, ТМ-455, ТМ-469, БМ-91, БД-14 и S. Fredii 071 повысили семенную продуктивность сои сортов Персона, Евгения, Топаз, Китросса на 0,07-0,4 т/га. Максимальная прибавка урожайности семян сои сортов Персона (0,4 т/га) и Китросса (0,16 т/га) получена в вариантах с использованием штаммов ББ-49, ТБ-589, сорта Евгения (0,17 т/га) - штамма БМ-91, сорта Топаз (0,11 т/га) - штаммов 648а, ТМ-455. В производственных условиях для повышения урожайности бобовых культур предпосевную обработку семян сои отобранными штаммами можно совмещать с молибденизацией.

сорт соя чистая культура устойчивость молибдат аммоний

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ

1. Синеговский М.О., Антонова Н.Е. Экономика производства сои: учет сортовых и региональных особенностей: монография. Благовещенск: ОДЕОН, 2018. 128 с.

2. Тихонович И.А. Использование биопрепаратов - дополнительный источник элементов питания растений // Плодородие. 2011. № 3. С. 9-13.

3. Волобуев О.Г. Симбиотическая азотфиксация как фактор экологической безопасности почвы // Вестн. РУДН, серия: Экология и безопасность жизнедеятельности. 2011. № 1. С. 53-60.

4. Кокорина А.Л., Кожемяков А.П. Бобово-ризобиальный симбиоз и применение микробиологических препаратов комплексного действия - важный резерв повышения продуктивности пашни: лекция. СПб.: Изд-во СПбГАУ, 2010. 50 с.

5. Сидоренко О.Д. Перспективы использования биологических препаратов на основе микроорганизмов // Изв. ТСХА. 2012. № 6. С. 70-79.

6. Курсакова В.С. Эффективность применения препаратов корневых диазотрофов в посевах яровой пшеницы при минимальной обработке почвы // Вестн. Алтай. гос. аграр. ун-та. 2018. № 10 (168). С. 5-12.

7. Наумович И.М., Пилюк Я.Э., Белявский В.М., Решетник Е.П. Эффективность применения микробных препаратов при инокуляции семян рапса ярового // Вестн. Белорус. гос. сельскохоз. академии. 2020. № 1. С. 102-105.

8. Турина Е.Л. Высокопродуктивные растительно-микробные системы в агроценозах бобовых культур // Рос. сельскохоз. наука. 2015. № 3. С. 28-30.

9. Миннебаев Л.Ф., Кузина Е.В., Рафикова Г.Ф., Чанышев И.О., Логинов О.Н. Продуктивность бобово-ризобиального комплекса под влиянием ростстимулирующих штаммов микроорганизмов // Сельскохоз. биология. 2019. Т. 54, № 3. С. 481-493.

10. Кожемяков А.П., Белоброва С.Н., Орлова А.Г. Создание и анализ базы данных по эффективности микробных препаратов комплексного действия // Сельскохоз. биология. 2011. № 3. С. 112-115.

11. Nodulation and delayed nodule senescence: strategies of two Bradyrhizobium japonicum isolates with high capacity to fx nitrogen / S.M.Y. Lуpez, Ma.D.M. Sбnchez, G.N. Pastorino et al. // Current Microbiology. 2018. N 75. P. 997-1005. DOI: 10.1007/s00284-018-1478-0.

12. Саданов А.К., Гаврилова Н.Н., Дадонова Т.Н., Ратникова И.А. Критерии отбора клубеньковых бактерий в состав биопрепаратов для обогащения почвы биологическим азотом и повышения урожайности бобовых культур // New sof the National academy of sciences of the Republic of Kazakhstan. Series of biological and medical. 2015. Vol. 1, N 307. P. 115-124.

13. Уранян Г.Р. Биопрепараты на основе Bradyrhizobium japonicum и проблемы их применения // Вестн. соврем. исслед. [Электронное периодическое издание]. 2019. Вып. № 2-7 (29). С. 78-81.

14. Система земледелия Амурской области / отв. ред. В.А. Тильба. Благовещенск: Приамурье 2003. 304 с.

15. Якименко М.В., Бегун С.А., Сорокина А.И. Оценка некоторых свойств и первичной эффективности штаммов Sinorhizobium fredii селекции ФГБНУ ВНИИ сои // Достижения науки и техники АПК. 2020. Т. 34, № 8. С. 60-65. DOI: 10.24411/0235-2451-2020-10810.

16. Крутило Д.В. Эффективность штаммов Bradyrhizobium japonicum на фоне местных популяций ризобий сои // Вестн. Алтай. гос. аграр. ун-та. 2014. Т. 114, № 4. С. 42-47.

17. Система земледелия Амурской области: производственно-практический справочник / под общ. ред. П.В. Тихончука. Благовещенск: Изд-во ДальГАУ, 2016. 570 с.

18. Кожемяков А.П., Лактионов Ю.В., Попова Т.А., Орлова А.Г., Кокорина А.Л., Вайшля О.Б., Агафонов Е.В., Гужвин С.А., Чураков А.А., Яковлева М.Т. Агротехнологические основы создания усовершенствованных форм микробных биопрепаратов для земледелия // Сельскохоз. биология. 2015. Т. 50, № 3. С. 369-376.

19. Якименко М.В., Бегун С.А., Сорокина А.И. Отбор штаммов Bradyrhizobium japonicum и Sinorhizobium fredii, устойчивых к молибдату аммония в питательной среде // Вестн. Рос. сельскохоз. науки. 2019. № 4. С. 53-56

20. Бегун С.А. Способы, приемы изучения и отбора эффективных штаммов клубеньковых бактерий сои. Методы аналитической селекции: метод. рекомендации. Благовещенск: Зея, 2005. 70 с.

21. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). М.: Альянс, 2014. 351 с.

Размещено на Allbest.ru