Effect of Associative Nitrogen Fixation in the Rhizosphere on the Growth and Development of Spring Wheat

Cover Page

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The photosynthetic activity of plants has a significant effect on the intensity of nitrogen fixation, as a result of which the productivity of crops increases. At the moment, there is a shortage of scientific data on the nitrogen fixation process and the quantitative assessment of its activity in agroecosystems. The true role of nitrogen fixing microorganisms in the nitrogen balance of soils has not been established. There is also insufficient data on nutrition, growth and development of plants against the background of atmospheric nitrogen fixation (due to associative nitrogen fixation). The relevance of the study lies in the biological assessment of the effect of seed inoculation with fungicide-stimulating biologics on the degree of associative nitrogen fixation in the rhizosphere, the survival rate of introduced diazotrophic strains, plant growth and development, and yield formation in the southern forest-steppe zone of Western Siberia. The work was carried out in field experiments on the varieties of spring soft wheat Omsk 42, Omsk 44, Tarskaya 12 and the variety of spring durum wheat Omsk coral. Pre-sowing bacterization of seeds was carried out with an inoculant of diazotrophic bacteria of the genus Arthrobacter mysorens 7 and an inoculant of fungicidal-stimulating bacteria of the genus Flavobacterium sp. L-30. Rhizosphere sampling was carried out in the following phenological phases: tillering (June), earing (July), grain filling (August). The activity of the associative nitrogen fixation process in the rhizosphere of cereals varied significantly depending on the use of biological products and the type of culture. During the growing season, when introducing Flavobacterium sp. bacteria and Arthrobacter mysorens 7, an increase in nitrogen-fixing ability in the rhizosphere and a high survival rate of introduced bacteria were found. The highest level of nitrogen-fixing activity was in the rhizosphere of soft wheat varieties Omsk 42 and durum wheat Omsk coral, amounting to 151–322 and 140–393 nM C2H2/100 g of soil during the introduction of bacteria of the genus Arthrobacter mysorens 7, 149–281 and 86.2–555 nM C2H2/100 g of soil when Flavobacterium sp. was introduced, accordingly. In parallel, an increase in the number of CFU introduced bacteria was observed, as a result of which the nitrogen fixation process was activated. The complex nature of the interaction of the studied indicators is noted – from the average direct to the average inverse conjugacy, depending on the phase of development. The activity of associative nitrogen fixation in the earing phase was characterized by a positive correlation with yield and the formation of the number of grains in the ear (r = 0.55 and 0.35), in the phases of tillering and filling of grain – with the weight of the ear grain (r = 0.36 and 0.75).

Full Text

Restricted Access

About the authors

N. N. Shuliko

Omsk Agrarian Research Center

Author for correspondence.
Email: shuliko@anc55.ru
Russian Federation, 26, Korolev Ave., Omsk, 644012

O. A. Yusova

Omsk Agrarian Research Center

Email: shuliko@anc55.ru
Russian Federation, 26, Korolev Ave., Omsk, 644012

A. A. Kiseleva

Omsk Agrarian Research Center

Email: shuliko@anc55.ru
Russian Federation, 26, Korolev Ave., Omsk, 644012

E. V. Tukmacheva

Omsk Agrarian Research Center

Email: shuliko@anc55.ru
Russian Federation, 26, Korolev Ave., Omsk, 644012

V. S. Yusov

Omsk Agrarian Research Center

Email: shuliko@anc55.ru
Russian Federation, 26, Korolev Ave., Omsk, 644012

E. V. Kubasova

Omsk Agrarian Research Center

Email: shuliko@anc55.ru
Russian Federation, 26, Korolev Ave., Omsk, 644012

I. A. Korchagina

Omsk Agrarian Research Center

Email: shuliko@anc55.ru
Russian Federation, 26, Korolev Ave., Omsk, 644012

A. Yu. Timokhin

Omsk Agrarian Research Center

Email: shuliko@anc55.ru
Russian Federation, 26, Korolev Ave., Omsk, 644012

References

  1. Бурунов А.Н., Стрижаков А.О., Васин В.Г., Багаутдинов Р.Н. Показатели фотосинтетической деятельности растений ячменя при применении препаратов Мегамикс, в лесостепи Среднего Поволжья // Актуальные вопросы кормопроизводства. Состояние, проблемы, пути решения. 2019. С. 157–162.
  2. Васин В.Г., Васин А.В., Васина Н.В., Стрижаков А.О. Формирование посевов и продуктивность яровой пшеницы при применении минеральных удобрений // Изв. СамарНЦ РАН. Сел.-хоз. науки. 2022. Т. 1. № 4(4). С. 3–10.
  3. Dobermann A. Nutrient use efficiency – measurement and management in a time of new challenges // Proceedings of the IFA International Workshop on Fertilizer Best Management Practices. Brussels, Belgium International Fertilizer Industry Association, 2007. Р. 1–28.
  4. Emerich D.W., Krishnan H.B., Westhoff P. The economics of biological nitrogen fixation in the global economy // Nitrogen fixation in crop production. Madison: WI American Society of Agronomy, 2009. Р. 309–328.
  5. Тихонович И.А., Завалин А.А. Перспективы использования азотфиксирующих и фитостимулирующих микроорганизмов для повышения эффективности агропромышленного комплекса и улучшения агроэкологической ситуации РФ // Плодородие. 2016. № 5. С. 28–32.
  6. Тихонович И.А., Проворов Н.А. Сельскохозяйственная микробиология как основа экологически устойчивого агропроизводства: фундаментальные и прикладные аспекты // Сел.-хоз. биол. 2011. № 3. С. 3–9.
  7. Умаров М.М. Ацетиленовый метод изучения азотфиксации в почвенно-микробиологических исследованиях // Почвоведение. 1976. № 1. С. 119–123.
  8. Умаров М.М. Азотфиксация в ассоциациях организмов // Пробл. агрохим. и экол. 2009. № 2. С. 22–26.
  9. Злотников А.К. Ризосферная азотфиксирующая ассоциация Bacillus firmus–Klebsiella terrigena и ее влияние на яровой ячмень при инокуляции: Автореф. дис. … канд. биол. наук. М., 1998. 26 с.
  10. Алметов Н.С., Бердников В.В., Волков Е.Г., Семенов П.Н. Эффективность использования ассоциативных азотфиксирующих биопрепаратов на посевах зерновых культур // Бюл. ВИУА. 2001. № 114. С. 56.
  11. Алферов А.А., Завалин А.А., Чернова Л.С. Урожайность и качество зерна яровой пшеницы при инокуляции семян ризоагрином // Вестн. сел.-хоз. науки. 2018. № 2. С. 12–16.
  12. Souza E.M., Chubatsu L.S., Huergo L.F., Monteiro R., Camilios-Neto D., Wassem R., Pedrosa F.O. Use of nitrogen-fixing bacteria to improve agricultural productivity // BMC Proceed. 2014. № 8. Suppl. 4. O23.
  13. Мудрик В.А., Лучицкая О.А. Влияние препаратов микроудобрений, активизирующих ассоциативную азотфиксацию, на засухои холодоустойчивость растений яровой пшеницы // Агрохимия. 2014. № 4. С. 70–73.
  14. Bhattacharjee R.B., Singh A., Mukhopadhyay S.N. Use of nitr-ogen-fixing bacteria as biofertiliser for non-legumes: prospects and challenges // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2008. № 80(2). Р. 199–209.
  15. Шотт П.Р. Фиксация атмосферного азота в однолетних агроценозах. Барнаул: Азбука, 2007. 176 с.
  16. Шабаев В.П. Микробиологическая азотфиксация и рост растений при внесении ризосферных микроорганизмов и минеральных удобрений // Почвенные процессы и пространственно-временная организация почв. М.: Наука, 2006. С. 195–211.
  17. Glick B.R., Todorovic B., Czarny J., Cheng Z., Duan J., McConkey B. Promotion of plant growth by bacterial ACC deaminase // Critic. Rev. Plant Sci. 2007. V. 26. № 1. Р. 227–242.
  18. Теппер Е.З., Шильникова В.К. Практикум по микробиологии учеб. пособ. для вузов / Под ред. В.К. Шильниковой. М.: Дрофа, 2004. 256 с.
  19. Аникеев В.В., Кутузов Ф.Ф. Новый способ определения листовой поверхности у злаков // Физиология растений. 1961. Т. 8. Вып. 3.1. C. 375–377.
  20. Методические указания по определению некоторых физиологических показателей растений пшеницы при сортоизучении. ВАСХНИЛ, Совет по научн.-метод. рук-ву селекц. центрами при Президиуме ВАСХНИЛ, НИИ сел. хоз-ва Юго-Востока / Под ред. В.А. Кумакова. М.: ВАСХНИЛ, 1982. 28 с.
  21. Плешков Б.П. Практикум по биохимии растений. М.: Колос, 1976. С. 144–148.
  22. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). М.: Агропромиздат, 1985. 351 с.
  23. Яковлева Л.Н., Роева Л.В. Элементы корреляционно-регрессионного анализа в агрономии // Комплексные вопросы аграрной науки и образования. 2021. С. 214–222.
  24. Зарядов И.С. Введение в статистический пакет R: типы переменных, структуры данных, чтение и запись информации, графика. М., 2010. 207 с.
  25. Умаров М.М. Ассоциативная азотфиксация. М.: Изд-во МГУ, 1986. 136 с.
  26. Минеев В.Г., Сафрина О.С., Шабаев В.П. Влияние бактерий рода Pseudomonas на некоторые физиолого-биохимические процессы в растениях столовой свеклы // Докл. ВАСХНИЛ. 1992. № 1. С. 16–21.
  27. Кожевин П.А. Показатели почвенного “здоровья” в оценке почв (обзор) // Вестн. МГУ. Сер. 17: Почвоведение. 2023. № 2. С. 16–25. doi: 10.55959/MSU0137-0944-17-2023-78-2-16-25
  28. Воробейков Г.А., Павлова Т.К., Кондрат С.В., Лебедев В.Н., Юргина В.С., Муратова Р.Р., Макаров П.Н., Дубенская Г.И., Хмелевская И.А. Исследование эффективности штаммов ассоциативных ризобактерий в посевах различных видов растений // Изв. РГПУ им. А.И. Герцена. 2011. № 141. С. 114–121.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Relationships of yield and yield structure elements with physiological development of spring wheat plants depending on the activity of associative nitrogen fixation: (a) - tillering phase, (b) - earing phase, (c) - grain filling phase.

Download (1MB)

Copyright (c) 2025 The Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».