ФАБРИКА БИОЛОГИЧЕСКОГО АЗОТА

В 1885 году сотрудники Королевской Саксонской опытной станции по физиологии растений в г. Тарандт (вблизи Дрездена) Ф. Нобби и Л. Хильтнер попытались реализовать идею использования клубеньковых бактерий в земледелии, благодаря чему можно было значительно повысить урожай, внося эти бактерии в почву. Они заключили контракт с фирмой «Farbwerke Hochst» на производство препарата нитрагин - чистой культуры Rhizobium. Но проект потерпел неудачу - урожай если и повышался, то несущественно. Как выяснилось позже, различные бобовые культуры взаимодействуют с различными видами бактерий, о чем тогда также не было ничего известно. Со временем этот вопрос был изучен, а идея Ф. Нобби и Л. Хильтнера была доведена в США до практического воплощения и сейчас успешно используется во всем мире.

На сегодня применение качественных инокулянтов с высоким содержанием активных азотфиксирующих бактерий для обработки семян бобовых культур является необходимой практикой, позволяющей в полной мере реализовать генетический потенциал современных сортов и гибридов сельскохозяйственных культур, что обеспечивает высокие урожаи при лучшей окупаемости инвестиций.

Инокуляция

Клубеньковые бактерии (ризобии) проникают в корень растения-хозяина через корневые волоски. В корне бактерии значительно увеличиваются в размерах и превращаются в особые симбиотические формы - бактероиды. Вокруг бактероидов формируется капсула из растительной ткани и образуется клубенек. Именно в виде бактероидов ризобии способны к фиксации азота воздуха, то есть превращают его из газообразной формы на органическую молекулу амидов или уреидов. Важно знать, что для каждой бобовой культуры необходим свой особый вид бактерий, на который растение будет реагировать образованием клубеньков. Специфичность симбиотических пар обеспечивается целым рядом метаболитов (флавоноидов, лектинов, хитоолигосахаридов, полисахаридов и др.), продуцируемых как растением, так и микросимбионтом. Например, соя формирует симбиоз только со штаммами бактерий Bradyrhizobium japonicum и Sinorhizobium fredii. Итак, специфичность клубеньковых бактерий к бобовому растению-хозяину является главным условием создания симбиоза. Благодаря инокуляции бобовые культуры не только получают азот из воздуха, но и накапливают его в корнях и растительных остатках, что обеспечивает азотом последующие культуры севооборота.

Бактериальные удобрения под бобовые и зерновые культуры изготавливают на основе селекционированных (отобранных) высокоэффективных штаммов микроорганизмов с такими агрономически полезными свойствами: способность к фиксации азота, регуляции роста растений, обеспечение их защиты от патогенов.

Участок для исследований

Эффективность бактериальных препаратов определяется рядом показателей, на которые необходимо обратить внимание при выборе инокулянта, в частности:

1. Основным фактором эффективности биопрепаратов являются штаммы азотфиксирующих микроорганизмов. Успешность симбиоза зависит от наличия у клубеньковых бактерий комплекса таких свойств:

  • специфичность к растению-хозяину - способность вступать в симбиоз с четко определенным видом бобовых растений;
  • вирулентность и конкурентоспособность - способность проникать в корень растения-хозяина и вызывать образование клубеньков в присутствии других штаммов этого же вида клубеньковых бактерий;
  • азотфиксирующая активность - свойство превращать молекулярный азот в ионы аммония за счет функционирования специализированной ферментной системы нитрогеназы;
  • эффективность - способность повышать урожай и содержание азота (протеина) в растение-хозяине, что связано с передачей ему соединений азота и биологически активных веществ;
  • комплементарность - эффективность взаимодействия с различными сортами соответствующих растений-хозяев.

Развитие клубеньков на корнях сои

Рис. Развитие клубеньков  на корнях сои: А – в условиях инокуляции активным штаммом; Б – в условиях инокуляции неактивным высоковирулентным штаммом

 

2. Одним из условий высокой эффективности бактериальных удобрений является их стерильность. Контаминация (загрязнение) препаратов посторонней микрофлорой (опасными являются споры грибов) снижает прежде всего активность нитрогеназного (азотфиксирующего) комплекса бактерий и только потом влияет на их вирулентность и конкурентоспособность по отношению к диким расам почвенных микроорганизмов.

Некоторые аграрии считают, что в почве достаточно природных азотфиксирующих бактерий, но на практике не всегда возможно определить их количество и эффективность, особенно на площадях, подвергшихся воздействию затопления, суховеев, сверхвысоких или низких температур, суровых зим.

Снижать эффективность медленнорастущих ризобий может их использование в комплексных микробных препаратах с быстрорастущими бактериями. При отсутствии выраженного антагонистического эффекта, быстрорастущие бактерии выступают активными конкурентами за субстрат питания, тормозя, тем самым, развитие медленнорастущих ризобий. Кроме того, после инокуляции при прорастании семян такие быстрорастущие микроорганизмы могут колонизировать корневой волосок, блокируя возможные сайты связывания медленнорастущих ризобий на корнях растений. Стоит отметить, что количество клубеньков на корнях растений не всегда является показателем эффективности препаратов. В качестве примера, штамм-стандарт Bradyrhizobium japonicum 634б формирует на корнях растения от 30 до 60 клубеньков и обеспечивает фиксацию 150-250 кг / га азота. Штамм Bradyrhizobium japonicum 604К формирует от 70 до 1000 клубеньков и обеспечивает фиксацию азота на уровне 5-10 кг / га. Поэтому при использовании активных штаммов ризобий важное значение имеет не количество, а масса сформированных клубеньков - равнозначная масса 5 клубеньков на одном растении и 30 на другом часто обеспечивают одинаковый уровень фиксации молекулярного азота.

3. Важен и срок хранения препарата, поскольку даже стерильно упакованный препарат содержит живую культуру микроорганизмов, которая является физиологически активной и способной к росту и репродукции. При достижении определенной концентрации клеток в препарате бактерии перестают размножаться, начинают стареть и отмирать. Токсины, образованные в результате разложения бактериальных клеток, в значительной степени снижают симбиотические свойства живых микроорганизмов, бактериальные препараты со сроком хранения более 1 года хоть и обладают значительно меньшей активностью, чем свежеприготовленный препарат. Несмотря на это, бактериальные удобрения под бобовые и зерновые культуры изготавливают с соблюдением условий полной стерильности и непосредственно перед началом посевной кампании. Использование качественных инокулянтов с высоким титром бактерий обеспечит каждому семени достаточное количество активных ризобий с самого начала.

Инокуляция не только повышает урожайность сельскохозяйственных культур, но и имеет ряд других весомых преимуществ, в частности:

  • позволяет уменьшить нормы внесения минеральных азотных удобрений - активные ризобии при соблюдении условий инокуляции семян и применении активного по азофиксации штамма бактерий способны фиксировать до 250 кг/га доступного растениям азота, часть которого используют последующие в севообороте сельскохозяйственные культуры;
  • повышает устойчивость растений к абиотическим и биотическим стрессовым факторам - процесс инфицирования ризобиями запускает в растениях неспецифический ответ на действие стрессовых факторов;
  • ослабляет давление сорняков на культурные растения - благодаря уменьшению количества внесения минеральных азотных удобрений на посевах бобовых культур уменьшается количество легкодоступного для сорняков азота в почве, что ослабляет их рост;
  • уменьшает загрязнение воды и почвы вследствии снижения доз азотных удобрений, попадающих в грунтовые воды;
  • повышает урожайность одновременно со снижением себестоимости полученной продукции, что делает использование инокулянтов прибыльной инвестицией.

Сделать заказ