Виявили основні механізми бобово-ризобіального симбіозу, встановили симбіотичні взаємини між компонентами цього процесу, для кожної культури добрали найкращі штами. Азотфіксувальну здатність сої, нуту і гороху вивчали в умовах центральної зони Одеської області, де часто трапляються тривалі посушливі періоди і високі температури повітря. Виявили, що дефіцит вологи негативно впливає як на рівень симбіозу, так і на фотосинтетичну активність. Тому надзвичайно важливо добрати штами бульбочкових бактерій, стійких до посухи. Над цією проблемою працюють наукові лабораторії США, Китаю, багатьох європейських країн.
У наших дослідженнях чітко виявили неоднакову активність штамів бульбочкових бактерій як за кількістю зв’язаного з повітря азоту, так і за показниками продуктивності зернобобових культур. Наприклад, порівнявши чотири штами Bradyrhizobium japonicum у сої, виявили кращі штами Х-9 та М-8 за кількістю і масою бульбочок на рослині, надземною масою проростків.
Урожайність нуту сорту Пам’ять у разі інокуляції насіння перед сівбою штамами Н-18, Н-19 і 522, становила 22,1; 20,4 і 20,3 ц/га відповідно (18,2 ц/га — на контролі, без інокуляції насіння). У другому експерименті врожай насіння цього сорту за використання названих штамів сягнув 24,7; 23,2; 22,8 і 22,3 ц/га (21,1 ц/га — на контролі). У цих дослідженнях встановили, що вже за 12–15 днів після появи сходів на рослинах нуту формується 18–25 бульбочок, маса яких становить 250–300 мг.
Суттєва варіабельність за показниками симбіозу існує і між сортами. Серед нових сортів сої одеської селекції підвищену кількість і масу бульбочок спостерігали у сорту Ятрань. У середньому, за два роки на рослинах цього сорту формувалося 19,1 бульбочки, маса яких сягала 152,8 мг. В інших сортів ці показники становили 9,4–16,6 мг і 48,8–96 мг, відповідно.
У контрольному варіанті сорту Пам’ять отримали врожай 18,2 ц/га. Серед штамів, що їх вивчали, достовірно перевищили контроль за врожаєм Н-18, Н-14 та 522. У варіантах з їх застосуванням одержали врожай 22,1; 20,4 та 20,3 ц/га насіння нуту, відповідно (див. фото 1). Дані щодо врожаю сорту Пам’ять за інших варіантів досліду практично не відрізнялися від контролю.
Фото 1. Бульбочки на корінні нуту сорту Пам’ять
Сорту Александрит у контрольному варіанті зібрали 20,0 ц/га насіння. Достовірно збільшили врожай порівняно з контролем лише штами Н-18 і Н-14, за яких отримали 21,3 і 22,0 ц/га, відповідно. Інші штами впливали на врожай сорту Александрит у межах похибки досліду.
Велику науково-дослідну роботу з інтенсифікації азотфіксувальної здатності нуту провели Толкачов М. З. і Дідович С. В. у колишньому Південному філіалі Інституту сільськогосподарської мікробіології. Вони виділили і дослідили 68 штамів Mesorhizobium ciceri, обравши серед них найефективніші. У лабораторних умовах на безазотному субстраті за кількістю бульбочок на рослині та біомасою ефективними були еталонний штам 522 і перспективні штами Н-12, Н-18 і Н-27 (табл. 1).
Таблиця 1. Ефективність симбіозу Mesorhizobium ciceri з нутом сорту Розанна
Штами 522 та Н-12 виявилися активними і в симбіозі з рослинами сорту Тріумф (табл. 2). У серії цих досліджень виділили нові штами 063 і 068, що за рівнем бульбочкоутворення і біомасою рослин не поступалися еталонним.
Таблиця 2. Ефективність симбіозу штамів Mesorhizobium ciceri із великонасіннєвим сортом Тріумф у фазі цвітіння
Відзначимо, що на сорті Тріумф високу ефективність проявили також штами Н-14, Н-17 та Н-18. Хоча кількість бульбочок на рослині та їх маса були меншими порівняно зі еталонним штамом 522, але накопичення зеленої маси за їх використання було максимальним. У багатьох дослідженнях відзначили, що не завжди велика кількість бульбочок свідчить про ефективний симбіоз. Оскільки у процесі азотфіксації відбуваються тисячі фізіологічних і біохімічних реакцій, які сприяють посиленому функціонуванню ферментного нітрогеназного комплексу, значна кількість різного роду факторів впливає на його потенціал. Тому кожен штам відрізняється специфічністю, вірулентністю, конкурентоспроможністю й активністю.
Специфічність — це здатність формувати бульбочки лише у певного виду бобових культур. Бульбочкові бактерії Bradyrhizobium japonicum вступають в активний симбіоз лише з рослинами сої, Mesorhizobium ciceri — з рослинами нуту, Rhizobium leguminosarum — з горохом.
Під вірулентністю розуміють здатність бактерій проникати у кореневі волоски бобової рослини, розмножуватися там і формувати бульбочки. Дослідження чітко засвідчили, що різні штами не однаково рухливі. Формування, ріст, форму і кількість бульбочок значною мірою визначає генотип рослини-живителя. Окрім того, на ці показники істотно впливають умови довкілля.
Активність бульбочкових бактерій — це здатність у симбіозі з бобовими рослинами засвоювати з повітря азот, яким живляться рослини. Це дуже важливий показник азотфіксувальної здатності. На нього впливають природа штаму, вид і сорт бобової рослини, ґрунтово-кліматичні умови.
Але найважливішим чинником є комплементарність генетичних факторів учасників симбіозу — бульбочкових бактерій і бобових рослин. Останніми роками одержано багато експериментальних даних, особливо стосовно сої, які свідчать, що добір висококомплементарних пар штам-сорт зумовлює надзвичайно високу ефективність симбіозу. У перспективі можна буде забезпечити партію насіння певного сорту рекомендованим штамом бульбочкових бактерій. У зв’язку з цим суттєве практичне значення мають випробування певного сорту зернобобових культур за інокуляції широким набором штамів. На жаль, сьогодні це єдиний спосіб добрати найбільш комплементарні пари.
У ґрунті існує надзвичайно багато мікроскопічної біоти. Найпоширенішими є бактерії і гриби. Вони відіграють надзвичайно важливу роль у формуванні гумусу, а також впливають на інші біологічні процеси у ґрунті. Серед цього різноманіття існують також азотфіксувальні бактерії, на життєдіяльність яких впливають такі фактори довкілля, як температура, вологість і кислотність ґрунту, наявність мінеральних елементів, заселеність іншими видами мікроорганізмів, а також кореневі виділення культурних рослин і бур’янів. У зв’язку з цим важливою ознакою ефективних штамів бульбочкових бактерій є конкурентоспроможність, тобто здатність, з одного боку, скласти конкуренцію спонтанним ризобіям, що перебувають у ґрунті, з другого, протистояти іншій сапрофітній мікрофлорі. Отже, під конкурентоспроможністю розуміємо здатність бульбочкових бактерій прижитися серед ґрунтового різноманіття мікроорганізмів і в наступний період інфікувати рослини зернобобових культур. Застосування висококонкурентних штамів дає можливість певною мірою витісняти частину патогенних мікроорганізмів у кореневій та прикореневій зонах бобових рослин.
Численні дослідження з різними бобовими культурами довели інгібувальну дію мінерального азоту на рівень азотфіксації. За внесення азотних мінеральних добрив зменшується кількість бульбочок на корінні, їх маса, а також нітрогеназна активність. Недавні дослідження підтвердили цю тенденцію й щодо нуту. Проведені польові досліди із нутом сорту Луганець продемонстрували, що в разі використання мінерального азоту чисельність бульбочок скоротилася у 1,2–2 рази порівняно з неудобреними варіантами (табл. 3).
Таблиця 3. Вплив мінерального азоту на ефективність нітрагінізації і продуктивність нуту сорту Луганець
Дані Таблиці 3 чітко свідчать, що за інокуляції ефективними штамами бульбочкових бактерій застосування мінерального азоту не вплинуло на рівень урожайності нуту. У наших дослідженнях мінеральний азот більш негативно вплинув на масу бульбочок, аніж на їх кількість. Наростання маси бульбочок спостерігали протягом перших 30–40 діб вегетації нуту, після чого вона мало змінювалася до повної стиглості рослин. Саме в цей період проявилася найбільша інгібувальна дія мінерального азоту на приріст біомаси бульбочок. На 15–20-ту добу вегетації зниження біомаси бульбочок сорту Розанна становило 54–78%. Отже, сорт Розанна виявився більш чутливим до дії мінерального азоту на бобово-ризобіальний симбіоз порівняно із сортом Александрит. На обох сортах негативна дія мінерального азоту на біомасу бульбочок була значно сильнішою за стресових умов.
В’ячеслав СІЧКАР, д-р біол. наук, професор,
Одеська державна сільськогосподарська ДС НААН України
