Влияние микробиологических препаратов на биохимические показатели развития растений нута и чины

Полный текст

Введение

Увеличение производства растительного белка – важная задача сельскохозяйственного производства нашей страны. Одним из факторов решения данной проблемы является увеличение площадей под посевами зерновых бобовых культур как за счет внедрения новых высокотехнологичных сортов традиционно выращиваемых культур, так и с помощью интродукции редких и новых видов, способных наиболее полно использовать климатические ресурсы зоны.

Особое внимание в исследовательской работе ФНЦ ЗБК уделяется биологической интенсификации полеводства за счет насыщения севооборотов зернобобовыми культурами, разрабатываются экологически и экономически оправданные технологии возделывания зернобобовых культур [8].

Определенный интерес представляют нут и чина, обладающие высоким биологическим и хозяйственным потенциалом и рядом преимуществ перед другими зерновыми бобовыми культурами [3]. В связи с наметившимися глобальными и локальными климатическими изменениями их можно рассматривать как резерв засухоустойчивых культур. Как и другие бобовые растения, вступая в симбиоз с клубеньковыми бактериями, они обогащают почву азотом, однако различаются между собой по степени интенсивности и продолжительности азотфиксации [2].

Эффективность бобово-ризобиального симбиоза и свободноживущих в почве азотфиксаторов можно повысить с помощью инокуляции семян и почвы [5; 10].

Перспективы использования биологического азота и микробиологических удобрений особенно актуальны в настоящее время в связи с нестабильным обеспечением сельского хозяйства минеральными и органическими удобрениями.

Предпосевная обработка семян бактериальными препаратами и микроудобрениями становится одним из важных факторов экологизации сельскохозяйственного производства и позволяет получать высокие, стабильные урожаи, обеспечивая при этом воспроизводство почвенного плодородия. Она повышает биологическую активность семян, активизирует физиологические процессы во время вегетации растений, усиливает адаптивные возможности в неблагоприятных условиях, улучшает качество выращиваемой продукции [1; 7; 9; 11].

Для выращивания нута и чины на севере Центрально-Черноземного региона России необходима разработка адаптивной технологии возделывания, одним из элементов которой является применение микробных биопрепаратов.

Применение однокомпонентных и комплексных инокулятов, обладающих комплексом положительных свойств для растений, обеспечит повышение эффективности растительно-микробного взаимодействия.

Цель исследований заключалась в изучении отзывчивости перспективных сортов нута и чины на применение микробиологических препаратов на основе новых штаммов ризобий.

Материал, методика и условия проведения исследований

Исследования выполняли в условиях северной части ЦЧР России (Орловская область).

Изучались сорта нута Аватар (рис. 1) и Краснокутский 123 и сорт чины Славянка (рис. 2), характеризующиеся высоким качеством зерна [6].

Опыты закладывали по следующим вариантам: 1 – контроль (без обработок);

• – инокуляция семян Ризоторфином (для нута штамм 527, для чины – 2803);
• – обработка семян препаратом Ризобинагро;
• – обработка семян комплексом микробиологических препаратов Микробиокомагро (Ризобинагро, Фосфостимагро + Биопрофидагро).

Микробиологические препараты были получены: Ризоторфин из ФГБНУ «ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии» (г. Санкт-Петербург), Ризобинагро, Микробиокомагро из ФГБУН «НИИСХ Крыма» (г. Симферополь).

Метод размещения вариантов в полевом опыте систематический, повторность четырехкратная. Ученая площадь делянки 8,25 м2. Агротехника под культуры общепринятая.

Даты посева: 2020 год – 22 апреля, 2021 год – 6 мая, 2022 год – 11 мая.

Посев сеялкой СКС-6-10 с шириной междурядий 15 см. Норма высева для нута 800 тыс. всхожих семян на 1 га, для чины – 1200 тыс. всх. семян на га. Инокуляция семян микробиологическими препаратами в день посева влажным способом по рекомендациям, предложенным производителями. Химические средства защиты растений не применяли. Уборку проводили вручную по мере созревания бобов малогабаритным комбайном САМПО-130.

Закладку полевых опытов, уход за посевами, фенологические наблюдения и структурный анализ растений осуществляли согласно методике полевого опыта (Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М.: Агропромиздат, 1985. 351с.) и методическим указаниям ВИР по изучению зерновых бобовых культур [4].

Оценка содержания белка в зерне нута и чины и в зеленой массе чины выполнена в лаборатории физиологии и биохимии растений по методу Къельдаля с использованием автоматической системы определения содержания белка UDK 152 и дигестора DK 8 (Velp Scientifica, Италия).

Определение содержания золы в надземной массе и корнях определяли путем сжигания навески в муфельной печи (Ермаков А.И., Арасимович В.В., Ярош Н.И. и др. Методы биохимического исследования растений. Л.: Агропромиздат, 1987. 430 с.). Статистическую   обработку   данных   проводили на персональном компьютере в приложении Microsoft Office Excel 2010.

Годы проведения исследований имели существенные погодные различия вегетационных периодов: 2020 г. характеризовался как достаточно увлажненный – ГТК=1,4; 2021 г. был засушливым – ГТК = 0,8; 2022 г. был слабо засушливым – ГТК=1,1.

Результаты и их обсуждение

Влияние микробиологических препаратов на нарастание биомассы и высоту растений.

Предпосевная инокуляция семян микробиологическими препаратами увеличивала биомассу растений разных сортов нута на 2,0…21,1 % по сравнению с контролем (табл. 1). Микробные препараты повышали массу сухих растений на 1,4…22,3 %, высоту растений на 0,4…1,0 % по сравнению с контролем. Наибольшую эффективность оказала инокуляция семян нута штаммом Ризоторфина 527.

У сорта чины Славянка предпосевная инокуляция семян микробиологическими препаратами повышала биомассу растений на 16,6…35,1 %, сухую массу растений на 10,2…24,9 % к контролю. При этом высота растений увеличилась на 7,0…7,4%. Наибольшую эффективность имели варианты с применением штамма Ризоторфина 2803 и Ризобинагро.

Влияние микробиологических препаратов на содержание белка в зеленой массе чины.

Содержание белка в зеленой массе чины в контрольном варианте, в среднем за три года изучения, составило 20,71 %, варьируя по годам от 19,90 % (2020 г.) до 21,30 % (2021 г.) (табл. 2).

Применение микробиологических препаратов повышало содержание белка на 2,4 % по сравнению с контролем в варианте с предпосевной инокуляцией семян Ризоторфином (штамм 2803).

Максимальное содержание белка в зеленой массе чины (25,70 %) отмечалось в 2021 году в варианте с применением Ризоторфина, минимальное (17,20 %) в том же году в варианте с Ризобинагро.

В целом необходимо отметить, что в зависимости от года биопрепараты оказывали различное влияние на содержание белка в зеленой массе растений чины.

Так, в 2020 году содержание белка увеличилось по сравнению с контролем в вариантах с применением Ризотофина на 0,35 % и Ризобинагро на 0,18 %; в 2021 году – в варианте с Ризоторфином на 4,4 %; в 2022 году увеличение наблюдалось во всех вариантах опыта на 0,63…2,46 %.

Таблица 1. Масса и высота растений нута и чины при обработке микробиологическими препаратами в период отбора проб (бутонизация – начало цветения), среднее за 2020-2022 гг.

Признак	Вариант опыта
	Контроль	Ризоторфин	Ризобинагро	Микробиокомагро
Нут Аватар
Сырая масса растения, г	20,90±1,8	25,33±1,9	17,73±1,0	19,41±1,3
Сухая масса растения, г	4,63±0,4	5,28±0,4	3,85±0,2	4,12±0,2
Высота растения, см	45,47±0,6	45,66±0,7	45,04±0,6	44,50±0,7
Нут Краснокутский 123
Сырая масса растения, г	19,40±1,3	23,50±1,5	19,79±1,2	20,18±1,5
Сухая масса растения, г	4,35±0,3	5,32±0,3	4,41±0,2	4,61±0,3
Высота растения, см	47,44±0,6	47,87±0,8	47,83±0,9	47,93±1,0
Чина Славянка
Сырая масса растения, г	14,57±1,4	19,69±2,2	17,49±1,6	16,99±1,3
Сухая масса растения, г	3,13±0,2	3,91±0,4	3,54±0,3	3,45±0,2
Высота растения, см	62,58±1,2	66,94±2,3	67,24±1,9	61,93±1,7

 

Таблица 2. Влияние микробиологических препаратов на содержание белка (%) в зеленой массе чины Славянка (бутонизация – начало цветения)

Вариант опыта	2020 г.	2021 г.	2022 г.	Среднее
Контроль	19,90	21,30	20,92	20,71
Ризоторфин	20,25	25,70	23,38	23,11
Ризобинагро	20,08	17,20	22,98	20,09
Микробиокомагро	19,42	20,10	21,55	20,36
НСР05	0,75	1,12	1,23

 

Таблица 3. Влияние микробиологических препаратов на содержание зольных элементов (%) в надземной массе и корнях нута и чины (бутонизация – начало цветения)

Культура, сорт	Части растений	Контроль	Ризоторфин	Ризобинагро	Микробиокомагро
2020 г.
Нут Аватар	надземная масса	10,1	9,7	10,6	8,0
	корни	7,9	9,5	7,2	10,4
Нут Краснокутский 123	надземная масса	9,2	8,7	10,1	8,9
	корни	9,4	11,7	8,2	13,1
Чина Славянка	надземная масса	6,1	7,9	6,8	6,4
	корни	8,3	9,6	8,5	7,2
2022 г.
Нут Аватар	надземная масса	7,0	8,1	7,3	8,1
	корни	6,8	7,9	7,5	8,4
Нут Краснокутский 123	надземная масса	7,8	7,3	6,7	7,4
	корни	8,0	8,5	7,3	7,3
Чина Славянка	надземная масса	5,7	5,7	5,1	5,5
	корни	7,3	7,4	7,5	6,9

Влияние микробиологических препаратов на содержание зольных элементов в растениях и корнях нута и чины.

Содержание золы в частях растений свидетельствует об их снабжении макрои микроэлементами. Инокуляция семян микробиологическими препаратами повышала содержание зольных элементов в надземной массе растений у сортов нута в 2020 году на 0,5…0,9 %, в 2022 году на 0,3…1,1 % по сравнению с контролем (табл. 3). Содержание зольных элементов в корнях растений нута увеличивалось в 2020 г. на 1,6…3,7 %, в 2022 г. на 0,5…1,6% по сравнению с контролем. Наибольший эффект у нута наблюдался в 2020 году в варианте с применением Ризобинагро для надземной массы и Ризоторфина и Микробиокомагро для корней.

Предпосевная инокуляция семян чины микробиологическими препаратами повышала содержание зольных элементов в надземной массе только в 2020 году на 0,3…1,8 % по сравнению с контролем; в корнях растений на 0,2…1,3 % в 2020 г. и на 0,1…0,2 % в 2022 г.

Влияние микробиологических препаратов на содержание белка и урожайность зерна нута и чины. Содержание белка в зерне и его качество зависят от ряда факторов: климат, технология выращивания, тип почвы, генотипические особенности сорта. У зерновых бобовых культур следует учитывать и фактор биологической фиксации азота воздуха. Применением микробных препаратов оказывало влияние на содержание белка в зерне нута и чины лишь в отдельные годы исследований.

В 2020 году содержание белка в зерне нута в контрольном варианте составило 21,0 % (Краснокутский 123) и 23,0 % (Аватар) (табл. 4). Инокуляция семян перед посевом повышала содержание белка на 0,3 % у сорта Аватар в варианте с Ризоторфином и на 0,5-0,6 % у сорта Краснокутский 123 в вариантах с Ризоторфином и Ризобинагро соответственно.

В 2021 году прибавка к контролю по содержанию белка отмечена у сорта Аватар 0,2-0,8 % в вариантах с применением Ризоторфина и Ризобинагро. В 2022 году незначительное увеличение содержания белка (на 0,1 %) также отмечено у сорта Аватар в варианте с Ризобинагро.

У чины Славянка содержание белка в контрольном варианте варьировало от 28,5 % в 2020 г. до 30,5 % в 2022 г. Предпосевная инокуляция семян повышала содержание белка в зерне чины в 2020 г. на 0,2-0,5 % в вариантах с Ризоторфином и Ризобинагро, в 2022 г. на 0,2-0,4 % в вариантах с Ризоторфином и Микробиокомагро.

Средняя за три года изучения урожайность зерна у сортов нута в контрольном варианте составила 2,38 т/га (Аватар), 1,83 т/га (Краснокутский 123), у чины Славянка – 1,77 т/га. Максимальная прибавка урожайности 3,4 ц/га отмечена у сорта Аватар в варианте с Ризоторфином, у сорта Краснокутский 123 – 3,3-3,4 ц/га в вариантах с Ризоторфином и Микробиокомагро, у чины Славянка – 0,9 ц/га в варианте с Микробиокомагро.

Необходимо отметить, что у сортов нута и чины в отдельные годы в вариантах, где отмечалась наибольшая урожайность зерна, наблюдалось сравнительно невысокое содержание белка в зерне.

Таблица 4. Сравнительная оценка сортов нута и чины по содержанию белка в зерне и урожайности при применении микробиологических препаратов, 2020-2022 гг.

Культура (сорт)	Вариант опыта	Содержание белка, %	Урожайность, т/га		Содержание белка, %	Урожайность, т/га	Содержание белка, %	Урожайность, т/га
		2020			2021		2022
Нут Аватар	Контроль	23,0		3,11	24,0	3,52	21,4	0,52
	Ризоторфин	23,3		3,17	24,2	3,50	20,7	1,49
	Ризобинагро	22,0		3,27	24,8	3,62	21,5	0,83
	Микробиокомагро	22,7		3,64	23,6	3,62	21,0	0,72
НСР 05		0,6		0,32	0,8	0,11	1,0	0,27
Нут Краснокутский 123	Контроль	21,0		1,83	24,3	3,15	22,1	0,52
	Ризоторфин	21,5		2,24	23,5	3,40	20,9	0,85
	Ризобинагро	21,6		2,33	23,9	3,32	21,7	0,64
	Микробиокомагро	21,0		2,33	24,0	3,42	21,7	0,76
НСР 05		0,5		0,34	0,7	0,20	0,4	0,26
Чина Славянка	Контроль	28,5		0,99	30,0	2,25	30,5	2,07
	Ризоторфин	28,7		0,85	29,6	2,22	30,7	1,94
	Ризобинагро	29,0		1,08	29,6	2,25	30,5	2,05
	Микробиокомагро	28,0		1,05	29,8	2,22	30,9	2,32
НСР 05		0,6		0,10	0,5	0,12	0,9	0,20

 

       

Рисунок 1. Сорт чины Славянка

                                                                

Рисунок 2. Сорт нута Аватар

 Заключение

В результате проведенных исследований установлено, что предпосевная инокуляция семян бактериальными препаратами способствовала формированию более мощных растений нута и чины. Максимальная прибавка биомассы наблюдалась в варианте с применением Ризоторфина и составила 21,1 % у сортов нута и 35,1 % у чины. Инокуляция семян чины Ризоторфином (штамм 2803) повышала содержание белка в зеленой массе растений в среднем за годы исследований на 2,4% по сравнению с контролем.

Микробиологические препараты способствовали накоплению зольных элементов в надземной массе и корнях растений нута и чины.

Погодные условия оказали значительное влияние на накопление белка в зерне. Наибольшее содержание белка по сравнению с контролем отмечалось у сортов нута в вариантах с инокуляцией семян Ризоторфином и Ризобинагро, у чины положительный эффект наблюдался во всех вариантах опыта. Предпосевная инокуляция семян микробиологическими препаратами способствовала прибавке урожайности зерна нута на 3,3-3,4 ц/га, чины – на 0,9 ц/га по сравнению с контролем.

Финансирование. Исследования выполнялись в ФГБНУ ФНЦ ЗБК в рамках госзадания FGZZ-2022-0005. 

Авторский вклад. Авторы настоящего исследования принимали непосредственное участие в планировании, выполнении и анализе данного исследования, ознакомились и одобрили представленный окончательный вариант.

Конфликт интересов.  Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Author’s contribution. Authors of this research paper have directly participated in the planning, execution and analysis of this study. Authors of this paper have read and approved the final version submitted.

Conflict of interest.  Authors declare no conflict of interest.

Об авторах

Мария Владимировна Донская

Федеральный научный центр зернобобовых и крупяных культур

Автор, ответственный за переписку.
Email: nmaria_87@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6257-0576

к.с.-х.н., в.н.с., лаб. генетики и биотехнологии

Россия, 302502, ул. Молодежная, 10, корп.1, пос. Стрелецкий, Орловский район, Орловская область

Сергей Васильевич Бобков

Федеральный научный центр зернобобовых и крупяных культур

Email: office@vniizbk.ru
ORCID iD: 0000-0002-8146-0791

к.с.-х.н., зав. лаб. физиологии и биохимии растений

Россия, 302502, ул. Молодежная, 10, корп.1, пос. Стрелецкий, Орловский район, Орловская область

Надежда Олеговна Костикова

Федеральный научный центр зернобобовых и крупяных культур

Email: office@vniizbk.ru

к.с.-х.н., в.н.с. лаб. физиологии и биохимии растений

Россия, 302502, ул. Молодежная, 10, корп.1, пос. Стрелецкий, Орловский район, Орловская область

Михаил Михайлович Донской

Федеральный научный центр зернобобовых и крупяных культур

Email: office@vniizbk.ru

к.с.-х.н., в.н.с. лаб. цифрового мониторинга в селекции и семеноводстве

Россия, 302502, ул. Молодежная, 10, корп.1, пос. Стрелецкий, Орловский район, Орловская область

Список литературы

Дополнительные файлы