Воробей Надія

к.б.н., с. н. с. відділу симбіотичної азотфіксації

Коць Сергій

д.б.н., чл.–кор. НАН України, зав. від. симбіотичної азотфіксації

Інститут фізіології рослин і генетики НАН України

м. Київ

ЕФЕКТИВНСТЬ ІНОКУЛЯЦІЇ СОЇ АЗОТОСТІЙКИМИ БУЛЬБОЧКОВИМИ БАКТЕРІЯМИ BRADYRHIZOBIUM JAPONICUM

Ефективність симбіотичної азотфіксації визначається комплексом факторів із яких найбільше значення мають біологічні особливості культур, генотипи рослин і азотфіксуючих мікроорганізмів, відповідність екологічних умов потребам конкретних макро- та мікросимбіонтів [1]. Показано, що високий вміст мінерального азоту в грунті негативно впливає на формування бульбочок і їх азотфіксувальну активність. Намічені два шляхи подолання цього інгібування 1) селекція стійких до азоту рослин [2] і 2) отримання спеціальних штамів ризобій, для забезпечення толерантності симбіотичних систем до підвищеного вмісту азоту [3]. Використання біологічного потенціалу мікросимбіонтів за впливу негативних екологічних факторів у перспективі без сумніву є важливим елементом створення адаптивно-інтенсивної стратегії вирощування бобових культур. Метою нашої роботи було отримати нові штами бульбочкових бактерій B. japonicum ефективні у симбіозі з соєю при вирощуванні ії на підвищеному фоні мінерального азоту.

Вегетаційні досліди проводили з соєю (Glycine max L. (Merill)) сорту Васильківська, спільної селекції ІФРГ НАН України, Селекційно-генетичного інституту НААН України та Інституту землеробства НААН України. Насіння сої інокулювали виробничим штамом B. japonicum 634б (контроль) та стійкими до 50–75 Мм KNO₃ (в умовах чистої культури) Tn5-мутантами Т21-2, В16 і В20, які отримали внаслідок Tn5-мутагенезу штаму B. japonicum 646 при використанні різних плазмід – рSUP2021::Tn5 і рSUP5011::Tn5mob [4]. Ефективність передпосівної інокуляції сої оцінювали за кількістю, масою кореневих бульбочок, їх азотфіксувальною активністю (АфА), надземною масою та масою коренів, урожайністю та вмістом протеїну в зерні сої при вирощуванні рослин на фоні оптимальної – 0,25 і надлишкової – 1,0 норми (н) мінерального азоту за Гельрігелем. АфА визначали за методом Харді [5]. Газову суміш аналізували на хроматографі Agilent Technologies 6855 Network GC System. Вміст протеїну в зерні визначали за методом Лоурі [6].

У результаті досліджень встановлено, що формування і функціонування симбіотичних систем сої залежить від внесеної норми азоту, властивостей штамів-інокулянтів та фази розвитку рослини-хазяїна. Зокрема, за бактеризації сої азотостійкими штамами В16, В20 і Т21-2 у фазу бутонізації-початку цвітіння кількість бульбочок зросла у 1,54, 2,08 і 1,82 раза, а їх маса в 1,50, 1,77 і 1,60 раза відповідно порівняно з обробкою штамом 634б на фоні 1,0 н азоту. Негативний вплив 1н азоту призвів до зниження (за інокуляції 634б) та відсутності (за інокуляції В16) симбіотрофного живлення рослин сої на початкових етапах функціонування симбіотичної системи (фаза 3-ох справжніх листків). АфА бульбочок сої утворених за участю ризобій В20 та Т21-2 у фазу бутонізації-початок цвітіння зросла у 4,8 та 5,7 раза порівняно з інокуляцією штамом 634б на фоні 1 н азоту, що свідчить про підвищений адаптивний потенціал толерантності до азоту Tn5-мутантів за умов симбіозу. Інтегральним показником функціонування бобово-ризобіальної системи сої – є урожай зерна. Кількість бобів у контрольних рослин на фоні 0,25 н азоту була найбільшою, проте доля невиповнених бобів знижувала показник урожайності. Внаслідок інокуляції сої Tn5-мутантами B. japonicum В20 та Т21-2 прибавка урожаю зерна сої становила відповідно 10,9 і 7,8% за 0,25 н та 17,3 і 19,9% у порівнянні з контролем за 1 норми азоту. Вміст білка у зерні рослин, інокульованих мутантом Т21-2 був найбільшим за 0,25 н азоту серед досліджуваних ризобій (прибавка до штаму контролю 2,75%), у той же час за 1 н азоту домінував за цим показником азотостійкий мутант В20 (прибавка до штаму контролю 3,1%).

Таким чином, встановлено, що 1 н азоту негативно впливає на формування та функціонування симбіотичного апарату сої, що проявлялося у пригніченні бульбочкоутворення, послабленні АфА та зміщенні цих процесів на пізніші терміни. За умов підвищеного рівня мінерального азоту в грунті рекомендовано застосовувати передпосівну інокуляцію насіння сої азотостійкими штамами В20 та Т21-2, здатними формувати азотфіксувальні бульбочки, що сприяє повноцінному живленню рослин як мінеральним так і симбіотрофним азотом, інтенсифікує вегетативний ріст рослин, сприяє формуванню більшого урожаю зерна з підвищеним вмістом протеїну.

Література

1. Сидорова К.К. Симбиотическая азотфиксация: генетические, селекционные и эколого-агрохимические аспекты [Текст] / К.К.Сидорова, В.К Шумный, В.М Назарук. – Новосибирск: ИЦиГ СО РАН, Гео, 2006. – 134с.
2. Belgni M.V. Nitric oxide: a non traditional regulator of growth [Текст] / M.V. Belgni, L. Lamattia. – Trends Plant Sci., – 2001, 6(11) – С. 508–509.
3. Sing Bhupinder. Nodulation and symbiotic nitrogen fixation of cowpea genotypes as affected by fertilizer nitrogen [Текст] / Sing Bhupinder, Usha Kalidindi // J. Plant Nutr. – 2003. – 26, N 2. – P. 463–473.
4. Воробей Н.А. Реалізація азотфіксувального потенціалу Tn5-мутантів Bradyrhizobium japonicum у симбіозі з рослинами сої [Текст] / Н.А. Воробей, С.Я.Коць, П.М. Маменко // Biotechnologia Acta. – 2013. – V 6, N 5.– С. 122–130.
5. Hardy R.W.F. The acetylene–ethylene assay for N₂–fixation: Laboratory and field evaluation [Текст] / R.W.F.Hardy, R.D.Holsten R.D., E.K. Jackson, R.C. Burns // Plant Physiol. – 1968 – 43, N 8. – P. 1185–1207.
6.  Lowry O.H. Protein measurement with Folin fenol reagent [Текст] / O.H. Lowry, N.Z. Rosenbrought, A.L. Farr, R.Z. Randall // J. Biolog. Chem. – 1951. – 153. – P. 265.