ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2007, № 4, с. 461-467
БИОЛОГИЯ ПОЧВ
УДК 631.415.1:576.851.155
ВЛИЯНИЕ КИСЛОТНОСТИ НА РАСПРОСТРАНЕНИЕ И СИМБИОТИЧЕСКУЮ ЭФФЕКТИВНОСТЬ КЛУБЕНЬКОВЫХ БАКТЕРИЙ В ПОЧВАХ ЛИТВЫ
© 2007 г. Э. Б. Лапинскас
Вежайчяйский филиал Литовского института земледелия, 96216, Вежайчяй, ул. Гаргжду, 29, Клайпедский р-н, Литва Поступила в редакцию 13.12.2006 г.
В многолетних полевых, вегетационных и лабораторных опытах изучали распространение и сим-биотическую эффективность клубеньковых бактерий: ЯИгюЬшт leguminosarum Ьу. М/оШ F., пвгкгюЬшт теШой Б., КЫ2оЬшт galegae Ь. и КЫ2оЬшт leguminosarum Ьу. ушае Б. - в почвах Литвы в зависимости от их кислотности. Установлены критические и оптимальные значения рН почвы для распространения и симбиотической азотфиксации каждого вида клубеньковых бактерий. Выявлена связь между рН почвы и распространением, а также азотфиксирующей способностью ризобий. Показано положительное действие известкования кислых почв в сочетании с инокуляцией бобовых растений на эффективность симбиоза.
ВВЕДЕНИЕ
При использовании интегральной и экологической систем земледелия большое значение придается биологической фиксации атмосферного азота. Наибольшее количество биологического азота накапливают симбиотрофные бактерии -RhizoЬium [5, 6, 21]. Эффективность их симбиоза зависит от распространения клубеньковых бактерий в почве, их симбиотической эффекивности и почвенных условий. По данным многих авторов, кислотность почвы является основным фактором, определяющим распространение и азотфик-сацию клубеньковых бактерий [27, 29].
В кислой почве (рН менее 5.0) укорачиваются корни, и раздуваются корневые волоски большинства бобовых растений, что усложняет или вовсе подавляет инфекционный процесс и образование эффективных клубеньков [12]. При низких значениях рН и дефиците Са клетки RhizoЬi-um уменьшаются, происходит снижение синтеза экстрацеллюлярных полисахаридов, и подавляется образование клубеньков [3, 16]. В кислых почвах высокая концентрация ионов Н+ увеличивает растворимость элементов А1, Мп, Бе, которые становятся сильными ингибиторами симбиоза [28]. Элементы Са, Mg, Мо и Р являются дефицитными при питании растений и микроорганизмов [21].
При недостатке в почве Са и Mg нарушается обмен азота в растении, а также синтез пластид, митохондрий и рибосом. Бактероидная ткань клубенька не может воспользоваться крахмалом как энергетическим веществом для азотфиксации [11, 17]. Из-за неблагоприятных условий в почвах Канады и США распространение неэф-
фективных штаммов клубеньковых бактерий люцерны, лядвенца и клевера описывается как массовое явление [25]. В почвах Латвии в зависимости от их свойств клубеньковые бактерии вики, кормовых бобов и гороха распространены в широких пределах: 102-106 КОЕ/г почвы [22].
Наиболее эффективным приемом урегулирования почвенной реакции является известкование кислых почв. Известковые удобрения не только нейтрализуют рН почвы, снижают подвижность А1 и других тяжелых металлов, но и активизируют деятельность полезных почвенных микроорганизмов [10, 13]. При этом появляются эффективные популяции RhizoЬium, улучшается адсорбция клеток клубеньковых бактерий на корневых волосках бобовых растений и инфекционный процесс [3, 4, 17]. Первые признаки положительного действия известковых удобрений наблюдаются уже на 5 день после внесения мелиорантов [1]. От известкования увеличивается масса клубеньков, повышается активность азотфиксирующего фермента нитрогеназы на 29-39% [10].
Поскольку известкование почвы является сравнительно дорогим мероприятием, некоторые исследователи обратили внимание на существование толерантных к кислому рН штаммов клубеньковых бактерий. На примере SinorhizoЬi-um теЫоН устанавлено, что на одной и той же почве содержание одних штаммов составляет 45000, а других - менее 80 [14]. Толерантные штаммы клубенькових бактерий люцерны лучше приживались в почве при рН 5.6, и за 2 мес. инкубации их численность увеличивается с 33 до 3 х105 КОЕ/г почвы [18].
Цели настоящей работы: установить распространение различных видов клубеньковых бактерий (ЯЫ2оЫит leguminosarum Ьу. М/оШ, 31погЫ20-Ыит теШоИ, RhizoЬium galegae и RhizoЬium legumi-nosarum Ьу. viciae) в разных почвах Литвы, а также выделить штаммы этих бактерий и установить их симбиотическую эффективность в зависимости от кислотности почвы.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Климат Литвы является промежуточным между морским климатом Западной Европы и континентальным Евразии. Продолжительность активной вегетации растений при среднесуточной температуре воздуха более 10°С 135-150 дней. По обилию осадков климат республики достаточно влажный; по многолетним данным средняя сумма осадков составляет в западной части Литвы (Ве-жайчяй) - 839, в средней (Дотнува) - 573 и в восточной (Воке) - 702 мм. Поэтому почвы, особенно в западной части, являются более вымытыми и бедными биогенными элементами, а также более кислыми.
Для изучения распространения клубеньковых бактерий в разных почвах республики отобрано 700 почвенных проб. Численность клубеньковых бактерий клевера (Rhizobium leguminosarum bv. tri-folii F.), люцерны (Sinorhizobium meliloti D.) и козлятника (Rhizobium galegae L.) определили методом разведения почвенных проб при выращивании бобовых растений в больших биологических пробирках в двух повторностях для каждого разведения. На 7-10 день после посева предварительно простерилизованных сулемой и спиртом проращенных семян (одно семя на каждую пробирку), всходы инокулировались почвенной суспензией при разведениях от 1 : 10 до 1 : 107.
Распространение клубеньковых бактерий вики (Rhizobium leguminosarum bv. viciae F.) установили при ее выращивании в стекляных сосудах 500 г песка. Простерилизованный песок (в автоклаве 2 атм. 1 ч) удобряли по Прянишникову, уменьшая дозу азота до 21 мг N/г почвы. Посев проводили пророщенными семенами с одновременной инокуляцией суспензией при тех же разведениях (от 1 : 10 до 1 : 107).
Во всех опытах растения выращивали 45 дней при 16-часовом фотопериоде и температуре 23-25/20-22°С (день/ночь). После окончания опыта подсчитывали клубеньки в каждой пробирке или сосуде, и по таблицами Мак-Креди определили численность клубеньковых бактерий на 1 г почвы [2].
Штаммы клубеньковых бактерий выделили из клубеньков бобовых растений: клевера посевного (Trifolium sativa L.), синегибридной люцерны (Medicago sativa L.), козлятника восточного (Galega orientalis L.) и кормовых бобов (Vicia faba L.),
произраставших на разных почвах Литвы, по известным методам [9, 15, 19].
Толерантность к кислой реакции питательной среди различных штаммов и видов клубеньковых бактерий определяли при выращивании их на минерально-дрожжевой среде (рН водный 4.0 и 7.0) в чашках Петри. На шестой день инкубации при температуре 25°С измеряли диаметр колоний. Средняя величина для каждого штамма вычислялась из трех чашек по 3 колоний; всего 9 измерений. Толерантность штаммов к кислой реакции (рН водный 5.0) определяли по формуле:
DK
T = • 100,
DH
где Т - толерантность, %; DK - диаметр колоний, мм, при рН водном 5.0, DH - диаметр колоний, мм, при рН водном 7.0.
Симбиотическая эффективность или биологическая азотфиксация штаммов устанавливались в вегетационных и полевых опытах. Почва - дерново-подзолистая глееватая, легкий суглинок (по новой классификации - Dystri - Endohypogleyic Al-beluvisols - Abg - n - w - dy) разная по кислотности (рН солевой от 4.0 до 7.2).
Вегетационные опыты проводились в сосудах Митчерлиха на 6.5 кг. Фосфорно-калийные удобрения вносили по Соколову: по 0.15 г/кг Р205 и К20 в виде раствора солей К2НР04 и КН2Р04. Семена бобовых растений: клевера лугового (Trifolium pratense L.), люцерны синегибридной (Medicago sativa L.), козлятника восточного (Galega orientalis L.) и кормовых бобов (Vicia faba L.) - во время высева инокулировали нитрагинными и выделенными штаммами из клубеньков растений, произраставших на разных почвах.
В полевых опытах растения удобряли минеральными удобрениями Р60К60 в виде суперфосфата и калийной соли. Перед высевом семена бобовых растений инокулировали водной суспензией клубеньковых бактерий из расчета 6 Х1011 КОЕ на 1 га посева. Для определения биологической азот-фиксации на параллельных делянках бобовой культуры выращивали злаковые растения (в опытах с бобовыми травами - тимофеевка или райграсс многолетний, в опытах с кормовыми бобами - ячмень) [3, 23, 24]. Фиксированный азот определяли по формуле:
Nfx = N - Ng,
где Nflx - фиксированный бобовой культурой азот, кг N/га, N - общий азот в надземной части и корнях бобовой культуры, кг N/га, Ng - общий азот злаковой культуры, кг N/га.
Агрохимическая характеристика почв опытов: рН солевой от 4.0 до 7.2; насыщенность почвы основаниями - 52.4-99.1%, общий азот - 0.09-0.16%, по-
Таблица 1. Отношение разных видов клубеньковых бактерий к кислой реакции питательной среды
Клубенько- Количество рН среды и диаметр колоний бактерий на 6 сутки, мм НСР05 Отношение диаметра колоний при рН 5.0 и 7.0, %
вые бактерии штаммов 4.0 5.0 6.0 7.0
S. meliloti 12 0 5.6 6.4 8.1 0.9 69.1
R. galegae 10 1.7 6.1 7.9 8.7 1.1 70.1
R. leguminosarum bv.trifolii 12 2.1 7.7 8.9 10.1 1.3 76.2
R. leguminosarum bv. viciae 11 2.3 8.8 10.1 10.9 1.4 80.7
движные Р205 и К20 - 20.7-239.0 и 60.0-279.0 мг/кг почвы соответственно, подвижный Al - 0-87.0 мг/кг почвы. Данные исследований обрабатывали статистическими программами ANOVA и STAT. Корреляционные отношения п, отмеченные * или **, являются статистически существенными при уровнях вероятности 95 или 99%.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
В лабораторных опытах разные виды клубеньковых бактерий относились неодинаково к кислой реакции питательной среды (табл. 1). Наименее толерантными оказались клубеньковые бактерии люцерны. При рН водном 4.0 они полностью отсутствовали, тогда как остальные виды клубеньковых бактерий образовывали колонии диаметром 1.7-2.3 мм. Более высокую толерантность к кислой реакции проявили клубеньковые бактерии вики. Отношение роста колоний при рН 5.0 и 7.0 у Rhizobium leguminosarum bv. vici-ae составило 80.7%, а у Sinorhizobi
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.