НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ФІЗІОЛОГІЇ РОСЛИН І ГЕНЕТИКИ

Заболотна Віра Петрівна

УДК 581.13:631.847.21:631.811

ОСОБЛИВОСТІ СИМБІОТИЧНОЇ АЗОТОФІКСАЦІЇ

І ПРОДУКТИВНІСТЬ КОЗЛЯТНИКА СХІДНОГО

03.00.12 – фізіологія рослин

А в т о р е ф е р а т

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

Київ –2002

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Інституті фізіології рослин і генетики НАН України та в Тернопільському державному педагогічному університеті ім. Володимира Гнатюка

Науковий керівник: доктор біологічних наук

Коць Сергій Ярославович

Інститут фізіології рослин і генетики НАН України,

завідувач відділу

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, професор

Головко Ераст Анатолійович

Національний ботанічний сад ім. М.М. Гришка НАН України,

завідувач відділу

доктор біологічних наук, професор

Антипчук Адель Федорівна

Інститут мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України

провідний науковий співробітник

Провідна установа: Львівський національний університет

імені Івана Франка, кафедра фізіології рослин і екології

Захист відбудеться “ 16 ” січня 2003 р. о 12 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д. .212.01 при Інституті фізіології рослин і генетики НАН України за адресою 03022, Київ-22, вул. Васильківська, 31/17.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституту фізіології рослин і генетики НАН України, Київ, вул. Васильківська, 31/17.

Автореферат розіслано “ 14 ” грудня 2002 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Труханов В.А.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Однією з важливих проблем сучасності є проблема нестачі рослинного білка. Серед факторів, які її спричиняють, головним вважається деградація природного середовища внаслідок глобальних кліматичних змін та господарської діяльності людини. Причиною білкового дефіциту є також недостатнє використання рослинних ресурсів. Ефективним шляхом розв’язання цієї проблеми може бути розширення посівів і підвищення врожайності кормових бобових трав, серед яких належне місце повинен зайняти козлятник східний (Galega orientalis Lam.) – багаторічна бобова культура, яка здатна формувати урожай надземної маси у 1,5–2,5 рази вищий, ніж конюшина та люцерна. Вміст протеїну в фітомасі козлятника знаходиться на тому ж рівні, що і в інших бобових трав.

Останнім часом при вирощуванні бобових рослин велику увагу приділяють біологічній фіксації молекулярного азоту, оскільки завдяки цьому процесу рослини забезпечуються зв’язаним азотом, що позитивно позначається на їх урожайності, а також підтримується азотний баланс ґрунту. За сприятливих умов симбіозу з бульбочковими бактеріями козлятник може накопичувати 300 і більше кг/га азоту за вегетаційний період. За рахунок бактеризації насіння продуктивність його посівів підвищується на 32–59 %, а додаткове накопичення протеїну в урожаї внаслідок інокуляції становить 20 ц/га [Посипанов та ін., 1991].

Не дивлячись на значний прогрес у вивченні фіксації біологічного азоту, в літературі мало даних про особливості симбіотичної азотофіксації у козлятника і його здатність утворювати ефективні симбіотичні системи з ризобіями інших бобових культур. Невирішеними ще й досі, а тому і дуже актуальними залишаються питання створення і застосування для інокуляції козлятника високоефективних штамів бульбочкових бактерій, раціонального поєднання біологічного і мінерального азоту при вирощуванні цієї культури та підживлення рослин молібденом.

Все це і стало передумовою для проведення наших досліджень.

Мета і задачі роботи. Метою даної роботи було: вивчити особливості симбіотичної азотофіксації і продуктивності козлятника східного при вирощуванні його в ґрунтово-кліматичних умовах Західного Лісостепу України, а також розробити умови створення і функціонування високоефективних козлятнико-ризобіальних систем через поєднання симбіотрофного та автотрофного азотного живлення при застосуванні різних концентрацій молібдену.

У зв’язку з цим у задачі досліджень входило:

–

–

–

з’ясувати можливість оптимізації процесу азотофіксації та отримання високих урожаїв надземної маси і насіння козлятника шляхом використання різних концентрацій молібдену та різних способів його внесення;

–

–

Наукова новизна одержаних результатів. Нами вперше в умовах Західного Лісостепу України введено в культуру сорт козлятника східного Кавказький бранець і вивчена ефективність взаємодії з ним різних штамів бульбочкових бактерій.

Вперше встановлена можливість ефективної нодуляції козлятника східного неспецифічними бульбочковими бактеріями Sinorhizobium meliloti.

Методом аналітичної селекції отримано новий штам бактерій Rhizobium galegae МС–1 та вивчені його симбіотичні властивості у вегетаційних і польових умовах.

Встановлено, що серед досліджуваних штамів найкращим симбіотичним партнером для сорту Кавказький бранець є штам Rhizobium МС–1: інокуляція насіння цим штамом сприяла підвищенню активності процесів азотофіксації, фотосинтезу і дихання, що призвело до отримання прибавки урожаїв надземної маси та насіння козлятника.

Показано зміну інтенсивності фотосинтезу і дихання в онтогенезі залежно від рівня азотного живлення рослин.

Виявлена позитивна дія підживлення козлятника молібденом незалежно від способу його застосування на окремі фізіологічні процеси і продуктивність.

Обґрунтована доцільність внесення невеликих (“стартових”) доз мінерального азоту при вирощуванні козлятника у симбіозі з бульбочковими бактеріями.

Практична цінність досліджень. На підставі чотирирічних досліджень доведено доцільність вирощування козлятника східного сорту Кавказький бранець в умовах Західного Лісостепу України. Отримані результати дозволяють розширити уявлення про фізіологічні особливості симбіотрофного і автотрофного живлення симбіотичних систем козлятник–бульбочкові бактерії. Результати досліджень можуть бути використані при розробці нових технологій вирощування козлятника на корм і насіння.

Дано практичні рекомендації щодо використання нового штаму Rhizobium МС–1 для виробництва бактеріальних добрив під козлятник.

Встановлена оптимальна доза молібдену (100 г/га) на фоні інокуляції бульбочковими бактеріями для підвищення азотофіксувальної активності та продуктивності рослин.

Доведено позитивний вплив сумісної дії “стартової” дози мінерального азоту (30 кг/га) і передпосівної інокуляції насіння бульбочковими бактеріями на азотофіксувальний потенціал і продуктивність козлятника.

Особистий внесок здобувача. Дисертант особисто опрацювала відповідну літературу та оволоділа необхідними методами досліджень, планувала досліди, здійснювала фенологічні спостереження, провела експериментальні дослідження та статистичну обробку отриманих результатів, готувала матеріали до друку в наукових журналах. Результати досліджень, які склали основу дисертаційної роботи, одержано здобувачем особисто.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась відповідно до планів відділу симбіотичної азотофіксації Інституту фізіології рослин і генетики НАН України на 1995–2000 рр. “Дослідження процесів взаємодії бульбочкових бактерій з бобовими рослинами з метою максимальної реалізації азотофіксуючого потенціалу симбіонтів” (0199U000193) та 2001–2005 рр. “Вивчити процеси взаємодії бульбочкових бактерій з рослиною-господарем та розробити заходи підвищення продуктивності бобових культур за рахунок максимального використання біологічного азоту” (0101U000627).

Апробація результатів дисертації. Основні наукові результати дисертаційної роботи були представлені на Всеукраїнській науковій конференції “Інтродукція і акліматизація рослин на Волино-Поділлі” (Тернопіль–Кременець, 1999), 11-ій Міжнародній науковій конференції “Вивчення онтогенезу рослин природних та культурних флор у ботанічних закладах і дендропарках Євразії” (Біла Церква, 1999), Всеукраїнській науковій конференції “Екологічна наука і освіта в педагогічних вузах України” (Умань, 2000), VІІ Молодіжній конференції ботаніків у Санкт-Петербурзі (С.-Петербург, 2000), 12-ій Міжнародній науковій конференції “Вивчення онтогенезу рослин природних та культурних флор у ботанічних закладах і дендропарках Євразії” (Полтава, 2000), VІІ конференції молодих вчених “Проблеми фізіології рослин і генетики на рубежі третього тисячоліття” (Київ, 2000), ХІ з’їзді Українського ботанічного товариства (Харків, 2001), Міжнародній науковій конференції “Онтогенез рослин, біологічна фіксація молекулярного азоту та азотний метаболізм” (Тернопіль, 2001) та на Міжнародній конференції “Микробиология и биотехнология ХХІ столетия” (Мінськ, 2002).

Публікації. За результатами роботи опубліковано 14 робіт, з них чотири статті у фахових наукових журналах, матеріали чотирьох міжнародних конференцій та отримано позитивне рішення на патент.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація викладена на 199 сторінках друкованого тексту і складається зі вступу, огляду літератури, об’єктів і методів досліджень, експериментальної частини, що включає 4 розділи, висновків, списку використаної літератури і додатків, які викладені на 17 сторінках. Робота містить 30 таблиць і 9 рисунків. Бібліографічний список нараховує 265 найменувань.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступній частині обґрунтована актуальність проблеми, подана коротка характеристика роботи, її теоретична і практична цінність та апробація результатів досліджень.

ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ

У цьому розділі подано коротку характеристику біологічних особливостей козлятника, його господарської та кормової цінностей, проаналізовано літературні дані з вивчення процесів симбіотичної азотофіксації, фотосинтезу і дихання бобових культур та впливу на їх ефективність різних рівнів автотрофного азотного живлення і різних доз молібдену.

ОБ’ЄКТИ І МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ

Дослідження, результати яких наведені у даній роботі, проводили у 1998–2001 роках. Польові досліди закладали на агродільниці Тернопільського державного педагогічного університету ім. Володимира Гнатюка, яка розташована в зоні Західного Лісостепу України (м. Тернопіль), а вегетаційні досліди – на спеціально обладнаному майданчику Інституту фізіології рослин і генетики НАН України (м. Київ).

Ґрунти дослідних ділянок – чорноземи опідзолені середньосуглинкові на лесах. Вміст гумусу – 3,05 гідролітична кислотність – 1,9 мг-екв/100 г ґрунту, вміст азоту становив 11,3, рухомого фосфору – 10,4, обмінного калію – 8,1 мг на 100 г ґрунту.

При вирощуванні козлятника застосовували загальноприйняту агротехніку для безпокривних посівів багаторічних бобових трав. Попередником у 1998 році була озима пшениця, у 1999 і 2001 роках – овочеві культури. Протягом першого року вегетації проводили міжрядний обробіток ґрунту. Посіви обробляли вручну, без застосування гербіцидів. Повторність польових дослідів 4-разова, облікова площа ділянки – 3?5 м2. Для обліку зеленої маси укіс проводили на першому році вегетації наприкінці вегетаційного періоду, а, починаючи з другого року вегетації, двічі – у фазі цвітіння та наприкінці відповідних років вегетації. Насіннєву продуктивність рослин визначали у період побуріння 70бобів.

У вегетаційних дослідах рослини вирощували в посудинах Вагнера місткістю 16 кг у піщаній культурі (річковий пісок, промитий водопровідною водою) на поживній суміші Гельрігеля з різним дозуванням мінерального азоту – 0,25, 0,5 і 1,0 норма [Са(N03)2]. У посудині вирощували по 8 рослин при 60ій вологоємкості піску і природному освітленні. Досліди проведено у 10-разовій повторності.

Об’єктом дослідження був козлятник східний (Galega orientalis Lam.) сорту Кавказький бранець селекції Національного ботанічного саду ім. М.М. Гришка НАН України.

Для бактеризації насіння використовували бактерії Rhizobium galegae штаму МС–1, отриманого методом аналітичної селекції у відділі симбіотичної азотофіксації Інституту фізіології рослин і генетики під керівництвом к.б.н С.М. Маліченко та стандартного штаму СІАМ 0703 (штам отримано з колекції мікроорганізмів Інституту сільськогосподарської мікробіології УААН, м. Чернігів), а також бактеріями Sinorhizobium meliloti штаму 425а. Перед посівом насіння скарифікували перетиранням його з чистим річковим піском, протягом 20 хв стерилізували 70етанолом, після чого інокулювали бульбочковими бактеріями згідно зі схемами дослідів.

Молібден вносили шляхом інкрустації насіння козлятника молібдатом амонію [(NН4)2MoO4 ·  Н2О] з розрахунку 100 г/га молібдену або обробляючи вегетуючі рослини у фазі 5–6 листків його водним розчином (із розрахунку 50, 100 і 200 г/га діючої речовини).

Аміачну селітру вносили у ґрунт під передпосівну культивацію з розрахунку 30 кг/га діючої речовини.

Упродовж першого–третього років вегетації визначали висоту рослин і кількість листків на пагонах та кількість і масу бульбочок на коренях.

Загальну і питому азотофіксувальну активність кореневих бульбочок визначали ацетиленовим методом [Харді, 1968; Крикунець, 1993] на газовому хроматографі “Chromatograf–504” (Польща).

Інтенсивність видимого фотосинтезу і темнового дихання рослин козлятника вимірювали за допомогою оптико-акустичного інфрачервоного газоаналізатора марки ГІАМ–5М.

Хлорофіли екстрагували з висічених частин листка етанолом із подальшим вимірюванням на фотоелектроколориметрі КФК–2 та спектрофотометрі СФ–26.

Масу сирої і сухої речовини визначали 3–4 рази за вегетацію на п’яти–десяти рендомізованих рослинах, взятих із кожної з повторностей [Єрмаков, 1982]. Суху масу отримували, висушуючи рослини у сушильній шафі при температурі 100–105 0С протягом двох годин. Площу листків вcтановлювали ваговим методом.

Визначення вмісту загального азоту в рослинному матеріалі здійснювали методом К’єльдаля [Плешков, 1985]. Для перерахунку на сирий протеїн використовували коефіцієнт 6,25.

Білок визначали за методикою Лоурі [Lowry, 1951]. Статистичну обробку одержаних результатів зроблено за Доспєховим [1985] та з використанням комп’ютерних програм.

Фізіолого-біохімічні основи формування і функціонування симбіотичних систем козлятнИк?бульбочкові бактерії ЗА різноГО співвідношеннЯ біологічного і мінерального азоту

та забезпеченнЯ молібденом

Формування та функціонування симбіотичних систем козлятника на фоні різного азотного живлення у вегетаційних умовах. У результаті проведених вегетаційних дослідів нами встановлено, що козлятник східний утворює ефективні азотофіксувальні симбіотичні системи як із новим штамом Rhizobium galegae МС–1, так і зі штамом-стандартом СІАМ 0703. При цьому рослини козлятника, інокульованого новим штамом, характеризуються інтенсивнішим формуванням бульбочок та кращою азотофіксувальною активністю порівняно з рослинами, які інокулювались бактеріями стандартного штаму.

Виявлено інгібуючий вплив на ранніх етапах розвитку 0,5 і 1,0 норм мінерального азоту порівняно з 0,25 норми на формування і функціонування симбіотичних систем козлятник–ризобії. Встановлено, що формування кореневих бульбочок і їх азотофіксувальна активність знаходяться в оберненій залежності від дози внесеного у субстрат мінерального азоту, а симбіотичний апарат утворюється лише після використання основної кількості зв’язаного азоту в субстраті.

Вивчення динаміки бульбочкоутворення в умовах вегетаційних дослідів показало, що на початку вегетації максимальну кількість бульбочок із високою масою сформували рослини, які вегетували на поживній суміші з незначною кількістю азоту (0,25 норми). Наприкінці вегетаційного періоду потужніший симбіотичний апарат уже формували рослини, вирощені на 0,5 норми мінерального азоту (табл.1).

Таблиця 1

Динаміка наростання маси (мг) кореневих бульбочок рослин козлятника

в онтогенезі залежно від інокуляції та дози внесеного азоту

(вегетаційний дослід, 1999 р.)

Норма азоту | Штам

бактерій | Дата визначення, доба після сходів

15.07, 52-га | 21.07, 58-ма | 26.08, 94-та

0,25 | СІАМ 0703 | 32,0 5,2 | 63,3 7,2 | 425,0 39,4

МС-1 | 34,7 5,8 | 90,8 7,2 | 521,2 30,8

0,5 | СІАМ 0703 | 16,7 0,9 | 13,2 3,4 | 456,3 25,3

МС-1 | 23,3 1,6 | 25,0 4,9 | 559,8 28,1

1,0 | СІАМ 0703 | 4,3 0,5 | 16,5 2,7 | 139,0 31,7

МС-1 | 5,0 0,4 | 28,0 14,3 | 298,8 36,9

Аналогічна закономірність спостерігалася і при визначенні азотофіксувальної активності кореневих бульбочок козлятника.

Отриманий нами методом аналітичної селекції штам Rhizobium galegae МС–1 виявився стійкішим до мінерального азоту у середовищі росту – внесення його у поживну суміш Гельрігеля сприяло кращому утворенню кореневих бульбочок та підвищувало їх азотофіксувальну активність. Симбіотична система козлятнику, утворена цим штамом бактерій, здатна використовувати автотрофний і симбіотрофний азот паралельно.

Реакція симбіотичних систем козлятник?Rhizobium galegae на різні дози мінерального азоту в ґрунті. Показано, що у польових умовах на коренях неінокульованих рослин бульбочки не утворювалися, що свідчить про відсутність у даному ґрунті специфічних для козлятника бульбочкових бактерій.

Підрахунок кількості бульбочок на інокульованих рослинах та визначення їх маси і нітрогеназної активності показали, що досліджувані штами бульбочкових бактерій по-різному реагують на азотні добрива. Встановлено, що фіксація молекулярного азоту у рослин, інокульованих бактеріями штаму СІАМ 0703, проходила дещо слабше, ніж у рослин, інокульованих ризобіями штаму МС–1.

Внесення в ґрунт “стартової” дози мінерального азоту (30 кг/га) знижувало кількість бульбочок на коренях рослин на початку першого року вегетації та затримувало початок їх утворення на 2–4 дні.

На другому році вегетації козлятник формує потужну кореневу систему з добре розвиненим азотофіксувальним апаратом і забезпечує себе азотом завдяки симбіотичній азотофіксації. За азотофіксувальною активністю рослини, інокульовані штамом МС–1, у цей час в 1,6–2,1 раза переважали інокульовані стандартним штамом СІАМ 0703. Зафіксовано два максимуми фіксації рослинами атмосферного азоту: у рослин першого укосу – у фазі цвітіння, а у рослин, відновлених після скошування – наприкінці вегетації. Внесення азотних добрив призвело до пригнічення нітрогеназної активності рослин, інокульованих бактеріями штаму СІАМ 0703. Активність фіксації азоту рослинами, інокульованими бактеріями Rhizobium galegae штаму МС–1, при внесенні азотних добрив, навпаки, дещо зросла, що свідчить про більшу здатність бактерій цього штаму функціонувати в присутності мінерального азоту.

Ефективність симбіотичних систем козлятник-бульбочкові бактерії залежно від рівня живлення молібденом. Трьохрічні дослідження ефективності передпосівної інокуляції насіння у польових умовах свідчать, що козлятник східний досить добре інфікується як специфічними бульбочковими бактеріями Rhizobium galegae, так і неспецифічними Sinorhizobium meliloti. Спостереження за розвитком симбіотичної системи у рослин показали, що на першому році вегетації наростання кількості і маси бульбочок протягом вегетації відбувалося пропорційно росту рослин, а на другому році вегетації бульбочки на коренях козлятника почали формуватися уже з перших днів весняного відростання.

Позакореневе підживлення рослин різними дозами молібдену (50, 100 і 200 г/га д.р.) активувало формування бульбочок на першому році вегетації та сприяло наростанню їх маси. На другому-третьому роках вегетації післядія молібдену на формування симбіотичного апарату та азотофіксувальну активність рослин виявилася статистично не достовірною.

Максимальну азотофіксувальну активність рослин на другому році вегетації зафіксовано у фазі бутонізації. Ця закономірність збереглася і на третьому році вегетації.

Інтенсивність фотосинтезу і дихання та їх зв’язок

з азотофіксувальною активністю

Інтенсивність фотосинтезу козлятника, інокульованого різними штамами Rhizobium galegae, за різних рівнів забезпечення азотом. Експериментальні дані, отримані у вегетаційних дослідах із козлятником східним, показали, що незалежно від того, яким шляхом забезпечується рослина азотом, між азотним живленням і фотосинтезом існує тісний взаємозв’язок.

Встановлено, що симбіотичні системи козлятника, утворені стандартним штамом Rhіzobium galegae СІАМ 0703 і новим МС–1, суттєво відрізняються між собою не лише за азотофіксувальною активністю, але й за інтенсивністю фотосинтезу. Так, рослини, інокульовані штамом МС–1, уже на перших етапах розвитку формували потужний листковий апарат. Інтенсивність фотосинтезу таких рослин у розрахунку на одиницю маси сирої речовини була на 6,4–12,1більшою, ніж рослин, інокульованих бактеріями штаму-стандарту (табл. ). Невисокі дози азоту (0,25 і 0,5 норми) позитивно впливали на інтенсивність обох процесів. При високих дозах (1,0 норма) мінерального азоту у поживному середовищі між інтенсивністю фотосинтезу та азотофіксувальною активністю виявлена обернена залежність.

Залежність інтенсивності темнового дихання козлятника від рівня азотного живлення. До початку наших досліджень відомостей щодо впливу різних за ефективністю штамів Rhizobium galegaе на інтенсивність дихання козлятнику у літературі не виявлено. У результаті проведених досліджень нами встановлено, що симбіотичні системи козлятник–Rhizobium galegae, утворені штамами СІАМ 0703 та МС–1 на різних дозах мінерального азоту характеризуються різною дихальною активністю.

Виявлено, що для симбіотичних систем із високою азотофіксувальною здатністю характерна також висока інтенсивність процесу дихання. У більшості випадків цей процес у рослин стимулювало також внесення у поживну суміш невеликих доз мінерального азоту.

Таблиця 2

Інтенсивність фотосинтезу (мг СО2 / год) у рослин козлятника за різного забезпечення мінеральним азотом

та інокуляції штамами Rhizobium galegae (вегетаційний дослід, 1999 р.)

Норма

азоту | Штам

бактерій | Дата визначення, доба після сходів

1.07, 38-ма | 21.07, 58-ма | 26.07, 94-та

Видимий фотосинтез | Істинний

фотосинтез, на одну рослину | Видимий фотосинтез | Істинний

фотосинтез, на одну рослину | Видимий фотосинтез | Істинний

фотосинтез, на одну рослину

на 1 г

сирої речовини | на одну рослину | на 1 г

сирої речовини | на одну рослину | на 1 г

сирої речовини | на одну рослину

0,25 | Без інокуляції | 5,2 0,2 | 3,5 0,2 | 4,0 0,2 | 3,8 0,2 | 8,1 0,3 | 9,6 0,2 | 2,5 0,1 | 6,3 0,4 | 6,9 0,4

СІАМ 0703 | 5,9 0,4 | 4,2 0,3 | 4,9 0,3 | 4,8 0,2 | 11,0 0,4 | 12,6 0,4 | 4,5 0,3 | 24,8 2,1 | 26,4 1,9

0,5 | Без інокуляції | 5,8 0,2 | 4,4 0,3 | 4,9 0,2 | 5,0 0,3 | 10,9 0,6 | 12,6 0,4 | 2,0 0,1 | 10,6 0,7 | 11,1 0,8

СІАМ 0703 | 6,2 0,1 | 4,7 0,2 | 5,3 0,2 | 5,1 0,2 | 11,7 0,6 | 13,2 0,4 | 3,3 0,2 | 23,9 1,3 | 24,5 1,2

МС–1 | 6,6 0,2 | 5,2 0,1 | 5,8 0,2 | 5,6 0,2 | 14,4 0,8 | 16,5 0,7 | 3,7 0,1 | 28,3 1,5 | 28,9 1,5

1,0 | Без інокуляції | 5,1 0,3 | 3,4 0,2 | 3,7 0,1 | 6,6 0,3 | 12,0 0,8 | 13,3 0,8 | 3,6 0,2 | 27,7 1,2 | 28,7 1,2

СІАМ 0703 | 5,4 0,2 | 4,2 0,3 | 4,8 0,2 | 6,3 0,3 | 11,5 0,6 | 13,3 0,7 | 3,5 0,2 | 28,3 1,7 | 29,0 1,8

МС–1 | Не визначали | 6,8 0,2 | 11,5 0,7 | 13,6 0,7 | 3,5 0,1 | 31,2 1,4 | 32,0 1,3

Встановлено, що починаючи з 58-ої доби після сходів частка дихання від фотосинтезу різко зменшувалася, що пояснюється збільшенням маси листків у загальній біомасі рослин та зростанням інтенсивності фотосинтезу цих рослин.

Стан асиміляційного апарату та накопичення хлорофілу рослинами козлятника при їх вирощуванні в умовах польового досліду. Вивчення впливу штамів бульбочкових бактерій різних родів на стан асиміляційного апарату та накопичення хлорофілу рослинами козлятника при вирощуванні його в умовах Західного Лісостепу України показало, що площа листкових пластинок, а звідси і потужність фотосинтетичного апарату рослин тісно пов’язана з їх азотним живленням. Передпосівна інокуляція насіння активними штамами Rhizobium galegae МС–1 і СІАМ 0703 та Sinorhizobium meliloti 425а сприяла формуванню потужнішого листкового апарату.

Інокуляція рослин бульбочковими бактеріями інтенсифікувала біосинтез зелених пігментів у листках, особливо хлорофілу б. Внаслідок активнішого утворення цього пігменту в листках інокульованих рослин порівняно з контрольними спостерігалося зниження співвідношення між хлорофілом а і хлорофілом б.

Оптимізація симбіотичної азотофіксації козлятника східного шляхом позакореневого підживлення рослин розчинами молібдату амонію різних концентрацій (50, 100 і 200 г/га д.р.) уже через місяць після обробки призвела до збільшення площі листкових пластинок. Наростання розмірів листкової поверхні у рослин, інокульованих неспецифічними бактеріями Sinorhizobium meliloti 425а, відбувалося по мірі збільшення дози молібдену, в той час як у рослин, інокульованих Rhizobium galegae МС–1, кращий ефект забезпечила обробка рослин молібдатом амонію у дозі 100 г/га д.р. Наростанню листкової поверхні сприяло також внесення у ґрунт незначної кількості (30 кг/га) мінерального азоту.

Позакореневе підживлення рослин молібденом та внесення мінеральних азотних добрив сприяло також збільшенню вмісту зелених пігментів у контрольних рослин та у рослин, інокульованих бактеріями Rhizobium galegae МС–1.

Урожайність І якість ВЕГЕТАТИВНОЇ маси кОЗЛЯТНИКА залежно

від штамУ-інокулянта і рівнів живлення МІНЕРАЛЬНим АЗОТом

ТА МОЛІБДЕНом

Вплив штаму-інокулянта на наростання вегетативної маси козлятника. Аналіз динаміки росту надземнної маси та маси коренів козлятника в онтогенезі залежно від інокуляції різними штамами Rhіzobium galegae та внесення певних доз мінерального азоту показав, що симбіотрофний азот, так само, як і азот мінеральний, на першому році вегетації використовувався макросимбіонтом в основному на формування маси кореня, збільшення якої відбувалося інтенсивніше, ніж збільшення маси пагонів, що пов’язано з біоморфологічними особливостями даної рослини.

Відмічено також суттєве (на 19,3збільшення маси надземних органів козлятника в результаті інокуляції бактеріями штаму МС–1 порівняно з рослинами, інокульованими бактеріями штаму СІАМ 0703.

Встановлено, що при наявності у середовищі росту мінерального азоту в інокульованих рослин наростання вегетативної маси на ранніх етапах розвитку відбувалося за рахунок мінеральної форми цього елемента живлення. Надалі, по мірі його використання, ці рослини переходили від автотрофного до симбіотрофного способу живлення, і нагромадження ними біомаси проходило за рахунок симбіотичної азотофіксації.

Ефективним заходом, який сприяв росту рослин, було поєднання інокуляції насіння бульбочковими бактеріями Rhіzobium galegae МС?1 з позакореневим підживленням рослин молібденом у дозі 100 г/га.

Урожайність і якість вегетативної маси козлятника, вирощеного в умовах вегетаційних дослідів. Аналіз даних урожаю надземної маси козлятника, вирощеного у вегетаційних умовах, свідчить, що використання для передпосівної інокуляції насіння бактерій Rhіzobium galegae МС–1 дає помітний приріст урожаю як за відношенням до контролю, так і до варіантів з інокуляцією бактеріями стандартного штаму СІАМ 0703. Максимальний приріст урожаю порівняно з контролем отримано у варіантах з інокуляцією бактеріями штамів СІАМ 0703 та МС–1 на фоні внесення у поживне середовище 0,25 норми мінерального азоту – приріст до контролю становив відповідно 142,8 та 178,4

Встановлено, що передпосівна інокуляція насіння бактеріями обох штамів сприяє надходженню в рослини симбіотичного азоту, за рахунок якого і збільшується вміст цього елемента у надземній масі рослин.

Визначення кількості білка у надземних органах показало, що збільшення його вмісту в інокульованих рослин спостерігалося на фоні внесення усіх застосовуваних доз мінерального азоту. Найбільшу кількість білка ? 9,75від сирої маси нагромадили рослини, інокульовані бактеріями штаму МС?1, на фоні внесення 0,5 норми мінерального азоту.

Формування надземної маси козлятника в польових умовах за різного забезпечення мінеральним азотом і молібденом. Найменший урожай надземної маси за три роки вегетації козлятника отримано у варіантах без застосування передпосівної інокуляції насіння бульбочковими бактеріями. Найбільший приріст урожаю зеленої маси за рахунок інокуляції спостерігався на першому році вегетації і становив залежно від штаму-інокулянта 47,7–48,3Обробка вегетативних органів молібдатом амонію оптимізувала процес симбіотичної азотофіксації і позитивно позначилася на урожаї зеленої маси.

Максимальний приріст урожаю за три роки отримано при сумісній дії інокуляції Rhizobium galegae МС–1 та позакореневого підживлення рослин молібденом у дозі 100 г/га – 421,1 ц/га або 27,7(табл. ). До збільшення урожаю надземної маси у перший рік вегетації (на 40,2?52,0 ц/га) призводило також поєднання передпосівної інокуляції насіння з його інкрустацією цією ж кількістю молібдену.

Застосування під передпосівну культивацію незначної кількості мінеральних азотних добрив (30 кг/га діючої речовини) в середньому підвищувало урожай даної культури на 10,0а поєднання внесення мінерального азоту з бактеризацією насіння сприяло оптимізації функціонування козлятнико-ризобіальної системи і збільшенню урожаю на 22,3–35,1порівняно з контролем. Найефективнішим було поєднання передпосівної інокуляції насіння бульбочковими бактеріями, внесення “стартових” доз мінерального азоту та інкрустація насіння молібденом ? прибавка урожаю при цьому на першому році вегетації була в межах від 45,2 (при інокуляції штамом СІАМ 0703) до 63,2 ц/га (штам МС–1).

Оцінка зеленої маси на вміст білка показала, що у листках його нагромаджувалося в 1,9–2,5 раза більше, ніж у стеблах. Інокуляція активним штамом Rhizobium galegae МС–1 збільшувала його вміст у листках на 5,9–6,1 мг/г сирої маси листків порівняно з контролем.

Таблиця 3

Урожай надземної маси (ц/га) козлятника залежно від інокуляції

та підживлення рослин молібденом (польові досліди, 1998–2000 рр.)

Штам

бактерій | Доза молібде-ну, г/га | Рік вегетації | Разом

за три

роки | Приріст до контролю

1998 | 1999 | 2000 | ц/га | %

Без інокуляції |

0 | 114,8 | 645,8 | 761,3 | 1521,9––

50 | 125,1 | 670,9 | 765,4 | 1561,4 | 40,0 | 2,63

100 | 135,6 | 692,2 | 768,8 | 1596,6 | 74,9 | 4,94

200 | 139,6 | 719,8 | 762,1 | 1621,5 | 100,1 | 6,58

Rhizobium galegae

МС–1 | 0 | 173,3 | 764,7 | 852,7 | 1790,7 | 269,3 | 17,70

50 | 178,4 | 819,8 | 854,3 | 1852,5 | 331,1 | 21,76

100 | 194,9 | 885,8 | 862,3 | 1943,0 | 421,1 | 27,67

200 | 195,1 | 815,4 | 863,4 | 1873,9 | 352,5 | 23,17

Sinоrhizobium meliloti

425а | 0 | 171,8 | 751,4 | 790,0 | 1713,3 | 191,8 | 12,61

50 | 174,9 | 806,9 | 800,1 | 1781,6 | 260,2 | 17,10

100 | 183,9 | 829,9 | 809,0 | 1822,8 | 301,4 | 19,81

200 | 181,1 | 775,9 | 813,2 | 1770,2 | 248,8 | 16,35

НІР 05 | 3,7 | 28,4 | 19,0

Разом з тим, обробка надземних органів молібденом у будь-яких досліджуваних концентраціях не підвищувала у них вмісту білка або підвищувала у незначній мірі. Аналогічна картина спостерігалася і при визначенні його вмісту у стеблах (табл. 4).

Таблиця 4

Нагромадження білка (мг/г сирої маси) в надземних органах козлятника східного

третього року вегетації при інокуляції насіння та позакореневому підживленні молібденом

(польовий дослід, 2000 р.)

Штам

бактерій | Доза молібде-ну, г/га | Фаза розвитку, дата визначення

стеблування, 12.05 | цвітіння, 5.06 | відростання, 15.09

листки | стебла | листки | стебла | листки | стебла

Без

інокуляції | 0 | 26,56 1,29 | 12,79 1,17 | 46,92 1,12 | 23,96 0,70 | 45,18 0,97 | 22,34 0,45

50 | 27,82 1,36 | 14,94 1,26 | 46,95 0,94 | 23,78 0,42 | 45,40 2,48 | 22,58 0,20

100 | 27,19 0,99 | 13,23 0,58 | 47,04 1,45 | 24,24 0,56 | 46,25 1,25 | 22,84 0,98

200 | 26,56 1,25 | 13,69 1,94 | 47,42 0,56 | 24,05 0,38 | 46,62 2,61 | 23,82 0,71

Rhizobium galegae

МС–1 | 0 | 41,66 1,38 | 16,30 1,99 | 52,50 0,84 | 26,10 0,82 | 51,09 0,71 | 25,16 1,33

50 | 42,81 0,31 | 15,87 0,78 | 52,88 0,78 | 25,84 0,28 | 51,09 0,74 | 27,18 0,64

100 | 45,63 1,65 | 15,89 1,05 | 53,28 0,40 | 26,20 0,50 | 52,18 1,39 | 26,53 0,82

200 | 46,25 1,53 | 15,23 0,72 | 53,06 1,25 | 26,12 0,95 | 50,62 2,07 | 26,56 0,36

Sinorhi-zobium meliloti

425а | 0 | 41,56 1,10 | 16,83 1,28 | 50,12 0,06 | 25,76 0,77 | 47,50 1,69 | 22,37 0,51

50 | 43,12 1,30 | 14,53 0,23 | 54,64 0,78 | 25,67 0,32 | 48,90 1,66 | 22,50 0,63

100 | 43,44 1,28 | 15,19 0,40 | 51,10 1,10 | 25,88 0,88 | 48,59 1,62 | 23,28 0,92

200 | 44,06 0,42 | 14,23 1,01 | 50,42 0,52 | 25,91 0,54 | 51,24 1,11 | 23,74 1,20

Вміст білка у вегетативних органах збільшувався також при внесенні в ґрунт мінерального азоту. Краще реагували на внесення у ґрунт азотних добрив рослини, інокульовані Rhizobium galegae МС–1, нагромадивши при цьому більше білка у надземній масі.

Встановлено, що вміст білка в надземних органах з віком не знижується, що дає можливість продуктивного використання упродовж декількох років.

НАСІННЄВА ПРОДУКТИВНІСТЬ КОЗЛЯТНИКА, ІНОКУЛЬОВАНОГО БУЛЬБОЧКОВИМИ БАКТЕРІЯМИ, ЗА РІЗНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ МОЛІБДЕНОМ

У результаті проведених досліджень встановлено, що передпосівна інокуляція позитивно позначилася і на формуванні генеративних органів, а це сприяло також підвищенню насіннєвої продуктивності. Серед досліджуваних штамів ефективнішим виявився новий штам Rhizobium galegae МС–1 – приріст урожаю насіння за два роки від інокуляції цим штамом у порівнянні з контролем становив 32,3–37,9Післядія молібдену на урожаї насіння позначилася менше (табл. 5).

Таблиця 5

Урожай насіння (ц/га) козлятника залежно від штаму-інокулянта

та дози молібдену (польові досліди, 1999–2000 р.)

Штам

бактерій | Доза моліб-дену, г/га | Рік вегетації | Разом

за два роки | Приріст

до контролю

1999 | 2000 | ц/га | %

Без

інокуляції | 0 | 2,99 0,12 | 3,26 0,13 | 6,25 ––

50 | 3,05 0,08 | 3,25 0,10 | 6,30 | 0,05 | 0,08

100 | 3,08 0,02 | 3,28 0,09 | 6,36 | 0,11 | 1,76

200 | 3,15 0,03 | 3,27 0,06 | 6,42 | 0,17 | 2,72

Rhizobium

galegae

МС–1 | 0 | 4,16 0,06 | 4,11 0,11 | 8,27 | 2,02 | 32,32

50 | 4,25 0,08 | 4,16 0,02 | 8,41 | 2,16 | 34,56

100 | 4,33 0,09 | 4,29 0,05 | 8,62 | 2,37 | 37,92

200 | 4,28 0,02 | 4,18 0,04 | 8,46 | 2,21 | 35,36

Sinorhizobium meliloti

425а | 0 | 4,18 0,05 | 3,77 0,06 | 7,95 | 1,70 | 27,20

50 | 4,19 0,03 | 3,83 0,13 | 8,02 | 1,77 | 28,32

100 | 4,20 0,04 | 3,86 0,01 | 8,06 | 1,81 | 28,96

200 | 4,21 0,05 | 3,87 0,04 | 8,07 | 1,82 | 29,12

НІР 05 | 0,17 | 0,12

ВИСНОВКИ

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

РЕКОМЕНДАЦІЇ

Для зменшення дефіциту білка у зоні Західного Лісостепу України доцільно вирощувати козлятник східний сорту Кавказький бранець, урожай зеленої маси якого у перший рік вегетації в середньому дорівнював 114 ц/га, а на другий і третій роки – відповідно 645 та 761 ц/га.

Виробництву пропонуємо високоефективний штам Rhizobium galegae МС–1, застосування якого при вирощуванні козлятника східного сорту Кавказький бранець підвищує продуктивність цієї культури в умовах Західного Лісостепу України на 17,4–21,7Досліджуваний штам можна використовувати для інокуляції при вирощуванні козлятника на ґрунтах із високим вмістом мінерального азоту.

Рекомендуємо проводити передпосівну інокуляцію насіння та обробку вегетуючих рослин молібденом у дозі 100 г/га, оскільки при цьому покращується ріст і розвиток рослин, підвищується азотофіксувальну активність та інтенсивність фотосинтезу, що в кінцевому рахунку веде до збільшення урожаю надземної маси та насіння.

ОСНОВНІ ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1.

2.

3.

4.

5.

6.