Статьи по растениеводческим темам

Эндемичная флора бобовых Крыма как возможный резерв белка в кормопроизводстве

А. В.Ена, Л. Ю.Баглаева Крымский государственный аграрный университет

Экологизация сельскохозяйственного производства приобретает все большее значение в связи с глобальными нарушениями процессов круговорота основных биогенных элементов в агроценозах. При этом усиливается загрязнение окружающей среды и возрастает энергоемкость производимой продукции за счет нерационального применения агрохимикатов. Ситуация усугубляется энергетическим кризисом.

Экологически устойчивое земледелие немыслимо без мобилизации природных ресурсов агрофитоценозов, в которых большую роль играют растительно – микробные взаимоотношения. За счет этих взаимодействий растения могут существенно улучшать свое минеральное питание, повышать устойчивость к патогенам.

Наиболее изучена симбиотическая азотофиксация. Бобово – ризобиальная система издавна используется в практике сельского хозяйства для улучшения азотного баланса почв .В Древней Греции знали и использовали фитомелиорирующие свойства клевера и других бобовых. Их роль, как предшественников в севообороте, очень велика

В настоящее время интенсивно исследуются тонкие механизмы взаимодействия бобовых растений с клубеньковыми бактериями [1,12,13,14].

Способность к симбиотической фиксации атмосферного азота ( диазотрофия ) широко распространена в природе и обеспечивает экологические преимущества растениям -–макросимбионтам в условиях дефицита азота. Использование этого свойства в сельскохозяйственной практике позволяет значительно уменьшить или полностью исключить применение азотных минеральных удобрений без снижения урожайности бобовых культур и сохранить при этом плодородие почвы.

Известно, что взаимодействие в системе «бобовое растение-клубеньковые бактерии» является высокоспецифичным, то есть растения данного вида способны селектировать из почвы только определенные виды или даже штаммы ризобий. Между разными видами ризобий конкуренции не существует. Поэтому стоит задача создания системы специфичности на внутривидовом уровне. Однако, между штаммами ризобий существуют большие различия по двум параметрам: их активности и вирулентности. Под активностью понимают их способность усваивать атмосферный азот в симбиозе с бобовыми. Вирулентность определяется скоростью проникновения в корни и образования клубеньков. Селекция симбиотических диазотрофов проводится по двум направлениям: отбор высокоэффективных штаммов с высокой конкурентоспособностью. В последние годы появились данные о том, что бобовые растения сами обладают высокой селективностью в отношении своих симбионтов [15]. У них были выявлены мутации, которые вызывали неспособность к заражению определенными штаммами ризобий. Обычно такие мутации обнаруживались в центрах происхождения растений. Кроме того, гомологийное их возникновение у разных видов позволяет предположить, что они возникают не случайно, а именно с целью повышения избирательности на внутривидовом уровне. В связи с этим особый интерес вызывает не только изучение эффективности существующих экспериментальных и производственных штаммов, а также поиск новых форм ризобий из арсенала местных дикорастущих растений и, в первую очередь, эндемов.

В связи с вышеизложенным было предпринято настоящее исследование, целью которого было изучение симбиотической микрофлоры перспективных в кормовом отношении бобовых эндемов Крыма.

Семейство бобовых – одно из самых крупных во флоре Крыма. Оно представлено здесь 36 родами, объединяющими более 200 видов. На долю бобовых приходится более 9% видового состава.

Особый интерес представляют эндемичные виды. Вопрос об эндемизме Крымской флоры поднимался в работах многих ботаников [7,9].

И. В. Крюкова [9] выделяет 16 эндемичных видов. По последним данным В. Н. Голубева [5] можно выделить 21 вид бобовых эндемов Крыма.

Семейство бобовых занимает 4 место по уровню эндемизма во флоре Крыма. Среди них по крайней мере 4 вида – реликтовые. Часть эндемиков принадлежит к родам чрезвычайно важным в практическом отношении : Medicago, Onobrychis, Lotus, Vicia. Вероятно, некоторые из эндемов могут быть перспективными в плане введения в культуру, т. к. они хорошо адаптированы к местным условиям. Кроме того, они могут быть источником местных рас диазотрофов и представляют большую ценность для регионального растениеводства.

Представители эндемиков семейства бобовых Крыма :

1. Anthyllus biebersteiniana Popl.

1. Anthyllus taurica Jus.

2. Astragallus arnacemta Bieb.

3. Astragallusdealbatus Pall.

4. Astragallus setosulus Gontch.

5. Astragallus similis Boriss.

6. Astragallus supratpilosus Gontch.

7. Astragallus tarchancuticus Boriss.

8. Astragallus utriger Pall.

9. Genista albida Willd.

10. Genista depressa Bieb.

11. Genista godetii Spach.

12. Genista juzepczukii Tzvel.

13. Genista taurica Dubovick

14. Genista verae Jus.

15. Lotus tauricus Jus.

16. Medicago saxanilis

17. Onobrychis jailac Zernova

18. Onobrychis pallasii Bieb.

19. Vicia heracleotica Juz.

20. Vicia lioseleurii Litv.

Проблема наличия эндофитов в вегетативных органах и семенах бобовых растений

О проникновении микроорганизмов в ткани высших растений в литературе имеются разноречивые данные. Еще в 1939 году было отмечено, что симбиотические бактерии обычно присутствуют в паренхиме коры корней всех здоровых растений и что образование клубеньков не является обязательным для симбиотических отношений. Ткани высших растений всегда оставались стерильными в исследованиях Красильникова Н. А. [8]. Даже корни бобовых растений не содержали бактерии в своих тканях вне клубеньков. Однако работы некоторых исследователей подтвердили способность бактерий проникать внутрь корней, в межклетники и даже цитоплазму клеток. Наконец, Гельцер Ф. Р. [4] доказала присутствие грибов-эндофитов внутри самых различных растений, выделила их в чистую культуру и доказала их азотфиксирующую способность.

В работе В. М.Куркиной [10] было показано, что ткани вегетативных органов содержат эндофитные бактерии из родов Pseudomonas u Bacterium. Были обнаружены также эндофитные бактерии в семенах некоторых бобовых растений.

Позднее этот вопрос снова поднимался в работах В. В.Волкогона [2]. Им отмечено, что активные ассоциативные азотфиксаторы сохраняются в межклетниках алейронового слоя семян трав. Таксономический состав диазотрофов, которые колонизируют внутренние ткани корней трав, идентичен видовому составу азотфиксаторов семян соответствующих видов растений. Активные аcсоциативные азотфиксаторы находятся, как эндофиты, в межклетниках алейронового слоя эндосперма семян трав. При прорастании семян эти бактерии способны к формированию активных азотфиксирующих ассоциаций с растением. Эндофиты-азотфиксаторы могут выступать основным источником поступления диазотрофов в корневую зону растений при создании азотфиксирующих ассоциаций в посевах.

Далее В. В.Волкогон [3] подчеркивает, что численность эндофитов в семенах растений невелика ( до 100 клеток на 1 семя), поэтому их вопрос об их роли в создании ассоциаций представляется спорным.

Методика обследования гистосферы семян.

Обследование гистосферы семян на предмет обнаружения эндофитов – диазотрофов проводилось методом отпечатков.

Исследовали семена 10 видов бобовых эндемов Крыма, собранных в полевых условиях в конце вегетации. Все семена вылущивались из плодовых оболочек, затем поверхностно стерилизовались следующим образом : 3 минуты в концентрированной серной кислоте, 2 раза по 5 минут в дистиллированной стерильной воде, 3 минуты в спирте, 2 раза по 5 минут в стерильной воде. В последней (третьей) стерильной воде семена оставлялись на 18 часов. Затем вода сливалась, а семена находились в стерильных стеклянных бюксах. Выдержанные таким образом семена разрезали поперек семядолей стерильной бритвой, и поверхность среза прикладывалась к средам.

Рецепты питательных сред :

А. Бобовая среда:

Отвар гороха 1л

Сахароза(сахарный песок) 20г

Агар-агар 20г

Стерилизация при 1 атм. 20 мин.

Приготовление отвара: 100 г гороха залили 1 л водопроводной воды, кипятили 40 мин., охладили, отфильтровали через ватно-марлевый фильтр и довели до первоначального объема.

В. Минерально-дрожжевая среда:

K2HPO4 0,5 г

MgSO4 х 7H2O 0.2 г

CaCl2 х 6H2O 0,2 г

FeCl3 0,02 г

NaCl 0,1 г

Глюкоза 2 г

Дрожжевая вода 100 мл

Вода 900 мл

рН 7,6

Агар-агар 20 г

Стерилизация 0,5 атм. 20 мин.

Приготовление отвара: Все минеральные компоненты взвесили, соединили с дрожжевой водой, довели водой до 1 л, нагрели на плитке до кипения, поставили на стерилизацию.

С. МПА (мясо-пептонный агар):

Мясная вода 500 мл

Пептон 5 г

Агар-агар 10 г(2%)

Стерилизация 1 атм. 30 минут.

Приготовление отвара: налили мясную воду в колбу, взвесили и внесли в нее остальные компоненты. Нагрели на плитке при непрерывном помешивании до полного растворения агара.

На каждой чашке делалось по 10 отпечатков, каждый от нового среза с нового семени.

Исследование микрофлоры гистосферы семян

Результаты обследования микрофлоры гистосферы семян, произведенного методом отпечатков приведены в таблице 1:

Таблица 1 Развитие бактерий на отпечатках срезов семян различных бобовых растений (1998 г.)

п/п

Название вариантов

Количество отпечатков с выросшими колониями из 10 в каждой чашке

Дрожжевая среда

МПА

1.

Astragallus suprapilosus

0

0

2.

Astragallus utriger

0

0

3.

Anthyllis bierbersteiniana

0

0

4.

Anthyllis taurica

0

0

5.

Medicago saxatilis

0

1

6.

Onobrychis pallasii

0

0

7.

Orobus digitalis

0

0

8.

Trigonella gladiata

0

0

9.

Vicia litvinovii

0

0

10.

Vicia norbonensis

0

1

Клетки бактерий палочковидные, размером 1х4-4 мкм, одиночные прямые и слабоизогнутые, имеют полярные жгутики, грамотрицательные.

По предварительным данным колонии образованы бактериями рода Pseudomonas, и, вероятно, относятся к группе ассоциативных микроорганизмов, не участвующих в системе азотфиксации.

Представителей диазотрофной микрофлоры в гистосфере семян не обнаружено. В связи с этим еще раз подтверждается необходимость инокуляции семян бобовых растений перед посевом штаммами клубеньковых бактерий.

Химический состав бобовых эндемов Крыма

Биохимический анализ вещества надземной фитомассы некоторых дикорастущих бобовых растений проводился с применением общепринятых методов и показал, что наиболее ценными в кормовом отношении являются следующие травы : люцерна щебнистая, эспарцет Палласа, астрагал пузыристый, благодаря высокому содержанию белка, клетчатки и зольных веществ:

Таблица 2 Химический состав бобовых растений в фазе начала цветения (в % веса сухой массы)

п/п

Название вида

Содержание сухого в-ва

Зольные

В-ва

Общий азот

Белок

Клетчатка

1.

Astragallus utriger

22.1

9.3

2.38

14.88

19.8

2.

Medicago saxatilis

23.2

8.16

2.89

18.07

21.9

3.

Onobrychis pallasii

25.8

10.5

2.13

13.31

23.6

4.

Anthyllus taurica

28.5

9.6

2.00

12.50

26.3

5.

Trigonella gladiata

26.3

10.9

2.16

13.50

25.4

6.

Vicia narbonensis

25.0

12.0

2.40

15.00

19.1

7.

Trifolium rubens

25.0

8.0

2.50

15.00

25.0

По нашим данным содержание этих компонентов колеблется в интервале, близком к содержанию их в составе уже культивируемых бобовых растений:клевера красного, люцерны посевной.

Морфологические и культуральные особенности микросимбионтов некоторых бобовых эндемов Крыма.

В программу наших исследований входило выделение и идентификация активных штаммов микросимбионтов, а также выявление их морфофизиологического потенциала с дальнейшей пробной инокуляцией важнейших бобовых культур Крыма.

Методика анализа микрофлоры клубеньков

Выделение культур клубеньковых бактерий из клубеньков проводили в период наибольшего развития надземной части: в фазу бутонизации, плодообразования, у многолетних трав – на втором году жизни. Растения выкапывали, отмывали корни на сите, отделяли корешки с крупными плотными розовыми клубеньками. Обеззараживание их проводили 0,5%-ным раствором сулемы. Клубеньки осторожно отделяли пинцетом от корней и тщательно отмывали от почвенных части. Выдерживали в воде в течение нескольких часов, затем помещали в тигли Гуча и погружали на 1 мин. в 940 спирт, потом в 5%-ный раствор хлорамина, после чего длительно промывали большим количеством стерильной воды.. Далее клубеньки переносили в пробирку с небольшим количеством воды ( около 2 мл ), раздавливали пинцетом о стенки пробирки и смывали содержимое клубенька находящейся в пробирке водой. Из полученной взвеси делали посев на агаровую поверхность трех чашек шпателем Дригальского.

Для выделения клубеньковых бактерий применяли бобовую среду. Засеянные чашки выдерживали в термостате при температуре 25о – 27о. Отдельные чистые колонии из чашек переносили петлей в пробирки со свежей агаровой средой. Через несколько дней культуру микроскопировали и рассеивали [11].

Морфологические и культуральные особенности микросимбионтов бобовых эндемов.

Истощающие посевы суспензии из сока клубеньков на бобовом агаре привели к образованию беловатых колоний с ровными краями на третий день у люцерны, четвертый - у тригонеллы, шестой у вики.

Таблица 3 Культуральные признаки микросимбионтов бобовых

п/п

Название донора

Время (в сутках) начала роста колонии на бобовом агаре

Рост

колонии на бобовом агаре

Рост

колонии на дрожжевых средах

Рост на МПА

Цвет

молока с лакмусом

Соответствие группе ризобий

1

Trigonellagladiata

4

Обильный

Обильный

Имеется

Розовый

Rh. meliloti

2

Vicianarbonensis L

6

Умеренный

Обильный

Отсут- ствует

Белый

Rh. leguminosarum

 

3

Medicagoaxatilis

3

Обильный

Обильный

Имеется

Розовый

Rh. melitoti

На основании анализа культуральных признаков клубеньковые бактерии тригонеллы и люцерны мы отнесли к быстрорастущим, а вики - к промежуточной группе. После появления первых колоний рост на бобовом агаре бактерий тригонеллы и люцерны обильный, у вики умеренный. На дрожжевых средах все культуры росли быстро и образовывали обильную густую белую слизь. В отличие от них культуры на бобовом агаре образуют слизь жидковатую, прозрачную слегка опалесцирующую.

При пересеве на бобовую среду интенсивный рост наблюдается только у симбионтов тригонеллы и люцерны. Л. М.Доросинский [ 6 ] объясняет подобный факт тем, что для первоначального роста медленнорастущих клубеньковых бактерий необходим коэнзим (аналог биотина) ,стимулирующий их рост, а способность к его синтезу невелика. Количество вырабатываемого вещества увеличивается по мере роста культуры, но в небольших инокулюмах его недостаточно, чтобы обеспечить хороший рост.

Показательным для ризобий является рост на МПА (мясо-пептонном агаре) и молоке с лакмусом. Бактерии тригонеллы и люцерны росли на МПА и подкисляли молоко. Симбиоты вики на МПА не росли и молоко подщелачивали, а также образовывали на нем слизистую зону. На основании этих культуральных признаков мы отнесли клубеньковые бактерии тригонеллы и люцерны к группе Rhizobium meliloti, а симбионтов вики к группе Rh. Leguminozarum.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Антипчук А. Ф.,Канцелярук Г. М.,Рангелова В. Н. и др. Связь между симбиотической азотфиксацией и урожаем бобовых растений // Микробиология -1989.-№4-с.649-652.

2.Волкогон В. В. Азоспириллы – эндофиты семян злаковых растений //Микробиол. журн. – 1995.-№1 –с.14-18.

3.Волкогон В. В. Влияние стимуляторов роста растений на активность процесса ассоциативной азотфиксации //Микробиол. журн.-1997.-№4.-с.70-80.

4.Гельцер Ф. Ю. Взаимоотношения растений с микрофлорой почвы.//Агробиология.-1953.-№5.-с.9-12

5.Голубев В. Н. Биологическая флора Крыма.-Ялта., 1996.-68с.

6.Доросинский Л. М. Бактериальные удобрения – дополнительное средство повышения урожая. –М. Россельхозиздат.1965.-176с.

7.Ена Ан. В., Ена Ал. В., Чопик В. Л. и др. Фиторазнообразие Крыма в контексте исторической и современной географии растений Европы /Биоразнообразие Крыма : оценка и потребности сохранения. Программа поддержки биоразнообразия.- Симферополь, 1997.-С.66-72.

8.Красильников Н. А. Микроорганизмы почвы и высшие растения.-М:Агрометеоиздат, 1958.- 248с.

9.Крюкова И. В. Эндемичные бобовые Крыма и их ареалы./ Ареалы растений флоры СССР.-Л., 1969. -№2.-С.233-247.

10.Куркина В. М. К вопросу о стерильности тканей высших растений./Тр. Ульяновского СХИ.- т. Х1У.- 1963.-С.48-55.

11.Методические рекомендации по получению новых штаммов клубеньковых бактерий и оценки их эффективности.-М.:Агропромиздат, 1979.-35с.

12.Пасыпанов Г. С. Биологический азот в решении проблемы растительного белка.//Биологический азот. Тезисы докл. Первой Всес. Конф. СОИСАФ.-Калуга,1990.-С.3-4.

13.Патыка В. Ф., Калиниченко А. В. и др Роль азотфиксирующих микро-организмов в повышении продуктивности сельскохозяйственных растений //Микробиол. журнал.-1997.-№4.-С.3-14.

14.Патыка В. Ф. и др. Микроорганизмы и альтернативное земледелие.-К.:Урожай,1993.-176с.

15.Фесенко А. Н., Орлова И. Ф., Проворов Н. А. и др. Использование прямых и косвенных методов для оценки конкурентоспособности клубеньковых бактерий гороха. //Прикл. биохимия и микробиология.- 1996.-№3.-С.352-355.

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

По темам:

История Украины

Культурология

Высшая математика

Информатика

Охотоведение

Статистика

География

Военная наука

Английский язык

Генетика

Разное

Технологиеские темы

Украинский язык

Филология

Философия

Химия

Экология

Социология

Физическое воспитание

Растениевосдство

Педагогика

История

Психология

Религиоведение

Плодоводство

Экономические темы

Бухгалтерские темы

Маркетинг

Иностранные языки

Ветеринарная медицина

Технические темы

Землеустройство

Медицинские темы

Творчество

Лесное и парковое хозяйство

Агрономия

Преподавателям

Юридические темы