Faktory existence symbiózy b. japonicum - sója

Jaká je symbióza nodulových bakterií a sójových bobů? Pojem nebo fenomén, kterým vědci děsí výrobce, což vytváří vážnou bariéru v komunikaci mezi nimi: vědci trpí bolestmi, protože jejich znalosti nejsou akceptovány, farmáři potřebují konkrétní praktické odpovědi na své otázky. Co je tedy symbióza a jaké faktory její vznik vlastně ovlivňují?

Symbióza je biologický systém vytvářený nahosemennými rostlinami a nodulovými bakteriemi, jehož výsledkem vzájemného působení je tvorba nových morfologických struktur – kořenových uzlíků. Ty přeměňují atmosférický dusík na formu přístupnou rostlinám – jde o složitý, vícestupňový proces, který u obou partnerů způsobuje hluboké fyziologické a metabolické změny.

Jedním z nejdůležitějších faktorů výskytu symbiózy je přítomnost nodulových bakterií v rhizosféře rostlin. O jaké mikroorganismy se jedná? Nodulové bakterie fixující dusík neboli rhizobie jsou půdní mikroorganismy schopné provádět proces biologické fixace dusíku. První klasifikace rhizobií byla vyvinuta již ve 30. letech minulého století a byla založena na schopnosti mikroorganismů vstoupit do symbiotického vztahu s hostitelskou rostlinou. Poté bylo izolováno pouze šest druhů - Rhizobium meliloti, R. trifolii, R. phaseoli, R. lupini, R. leguminosarum, R. japonicum. O 50 let později byla taxonomie těchto mikroorganismů revidována na základě řady genetických a morfofyziologických vlastností a byl identifikován nový rod rhizobia - Bradyrhizobium, jehož charakteristickým znakem byla nízká rychlost růstu. Zástupci tohoto druhu jsou mikrosymbionti výhradně rostlin sóji.

Ta byla zase rozdělena do tří typů bakterií: Bradyrhizobium japonicum, B. elkanii, B. liaoningense.

Aktivní používání očkovacích látek při pěstování sóji v různých zemích světa včetně Ukrajiny vedlo k vytvoření populací rhizobií v půdách, které v důsledku volné existence a vlivu různých abiotických faktorů změnily svůj genotyp a získaly nové vlastnosti.

Podle molekulárně genetických studií se mezi nimi rozlišuje několik skupin kmenů, které se liší svými vlastnostmi, včetně rychlosti růstu. Dnes jsou popsány izoláty s intenzivním růstem, které dokážou zvýšit biomasu na rozdíl od klasických zástupců spíše za dva než tři a půl dne. Dalším znakem takových kmenů je zvýšená saprofytická kompetence, to znamená schopnost bakterií přežívat v půdě mimo hostitelskou rostlinu, a byla prokázána dominance těchto kmenů v cibuli.

Sbírka agronomicky využitelných izolátů Ústavu agroekologie a environmentálního managementu Národní akademie věd zahrnuje 72 zástupců bakterií rodu Bradyrhizobium, mezi nimiž jsou kmeny, kromě vlastností, které jsou klasicky studovány mikrobiology (fixace dusíku aktivita, virulence, konkurenceschopnost atd.), se vyznačují i ​​těmi, kterým je obvykle věnována menší pozornost. Zejména bylo poznamenáno, že ošetření semen sóji některými izoláty přispělo kromě tvorby bublin ke zlepšení vývoje kořenového systému: jeho délka a hmotnost se zvětšila a měrný povrch přibyly i kořeny. Kromě toho byl zaznamenán vliv inokulace na rozvoj chorob rostlin sóji jak bakteriálního, tak houbového původu. Další zajímavostí je, že rostliny naočkované skupinou kmenů Bradyrhizobium se zavedeným symbiotickým aparátem lépe odolávaly pesticidním stresovým podmínkám a také suchu a kyselosti půdy.

Přestože většina kmenů Bradyrhizobium v ​​půdě nezakořeňuje a jsou odstraněny v příštím vegetačním období, v naší sbírce jsou izoláty, které jsou schopny nejen vytvořit hustou populaci, ale také se v dostatečném množství objevují po dlouhou dobu. , v laboratorních podmínkách se vyznačují intenzitou růstu, den a půl před klasickými kmeny sójových rhizobií.

Testováním stovek kombinací z různých izolátů se nám podařilo vytvořit účinnou kompozici, která má nejen všechny příznivé vlastnosti charakteristické pro inokulum, ale má i řadu specifických, například výrazný synergický efekt mezi bioagens.

Než přejdeme k úvahám o konkrétních faktorech ovlivňujících tvorbu symbiózy, je třeba zdůraznit, že vznik a fungování symbiotických interakcí mezi rostlinami sóji a bakteriemi fixujícími dusík je obousměrný proces. Vliv jakéhokoli vnějšího faktoru je proto třeba posuzovat nejen z pohledu jeho vlivu na bakterie, jak to dnes dělají pracovníci výroby a řada vědců, ale komplexně, tedy z hlediska jeho vlivu na oba účastníky symbiózy.

Důležitým faktorem při utváření symbiotických vztahů je genotyp rostliny. Je to on, kdo vyvolává tvorbu bublin a je zodpovědný za jejich počet a velikost.

Provádění selekce pouze u intenzivního typu (získání vysokých výnosů, obsahu bílkovin, obsahu oleje) bez zohlednění takových adaptačních vlastností, jako je schopnost symbiózy, odolnost vůči vysokým teplotám, kyselost půdy atd., vede v agrobiocenóze k cílené selekci. Důsledkem toho je vznik odolných ras plevelů, což zase vede k progresivní potřebě aplikace herbicidů. Kromě toho roste počet a negativní vliv škůdců a fytopatogenů a objevují se druhy, které dříve nebyly charakteristické pro agrocenózy, zejména sója. To samozřejmě vyžaduje aplikaci velkého množství insekticidů, akaricidů a fungicidů. Pro vytvoření vysoce efektivní symbiózy je proto nezbytná neustálá selekce a aktualizace jak odrůd rostlin, tak kmenů mikroorganismů na základě principů jejich komplementarity.

Dalším prvkem cílené selekce je použití látek odpovědných za proces tvorby vezikul, čímž dochází ke snížení aktivity odrůd samostatně produkovat signální látky, zejména flavonoidy, a u rhizobií - odpovídající signály, např. faktor Nod , „informuje“ rostlinu o přítomnosti těchto bakterií v kořenové zóně půdy. Poté rostlina vytvoří kořenové uzliny, kde se „usadí“ bakterie, které se živí jejími živinami a děkují jim za přeměnu dusíku na formu dostupnou pro konzumaci plodinou.

Vytvoření a existence symbiózy vyžaduje postupnou účast každého partnera, ale použití speciálních „pomocných“ látek může vést k narušení přírodou stanoveného programu, který úspěšně funguje již desítky, ba stovky tisíc let.

Z ekonomického hlediska se stáváme rukojmími takových technologií, protože můžeme ztratit genotypy rostlin i mikroorganismů, které jsou schopny samostatně vytvářet efektivní symbiózu.

Důležitým faktorem, který je potřeba zvážit z pohledu obou partnerů symbiózy, je kyselost půdy. Někteří výrobci se mylně domnívají, že sójové boby nelze pěstovat v půdách s pH nižším než 5-5,5, protože uzlové bakterie při takové kyselosti „nefungují“. Moderní výzkumy však říkají opak: na různých typech půd jsou rhizobie izolovány z měchýřků nahosemenných rostlin, které snášejí jak silně kyselé (3), tak zásadité (8,5) hodnoty pH půdy. To je vysvětleno skutečností, že schopnost bakterií přizpůsobit se podmínkám prostředí je zpravidla vyšší než schopnost rostlin, protože rozsah jejich existence je mnohem širší.

Co se to vlastně děje? V půdách s pH nižším než 5,5 sloučeniny hliníku hydrolyzují za vzniku toxické formy trojmocného hliníku, jehož vysoká koncentrace je hlavním limitujícím faktorem životaschopnosti všech rostlin v 67 % půd. Toxickým účinkem je potlačení dělení kořenových buněk, jejich prodlužování a snížení dostupnosti makroprvků.

Nízké hodnoty pH půdy mají škodlivý vliv ani ne tak na rhizobii, ale na propustnost membrán rostlinných buněk, v důsledku čehož bakterie nemohou proniknout dovnitř. U měchýřků je období citlivé na pH začátkem infekčního procesu a nejzranitelnější je stadium přichycení rhizobií ke kořenovým vláskům. Výměna signálů mezi hostitelskou rostlinou a mikrosymbiontem je narušena. Dochází ke snížení sekrece flavonoidů rostlinami, což ovlivňuje syntézu odpovídajících bakteriálních signálů. Pokles signalizace vede k blokování fází, jako je deformace kořenového vlásku a jeho zvlnění.

Rostliny i rhizobie jsou zranitelné vůči vysokým teplotám během počátečních fází ontogeneze a nastolení symbiózy. Následně i při vysokých teplotách, 30...35 °C, proces tvorby bublin pokračuje. K fixaci dusíku však za takových podmínek nedochází. Rostliny se živí především spotřebou minerálního dusíku, takže jeho přítomnost v půdě ve fyziologickém optimu zajistí tvorbu vysokého výnosu rostlin sóji. V takových podmínkách získává zvláštní pozornost a účinnost listové krmení rostlin sóji nízkými dávkami dusíku.

Rhizobia nalezené v půdě jsou obecně odolné vůči krátkým obdobím sucha. Nedostatek vláhy negativně ovlivňuje především rostlinné tělo. Nepříznivý účinek se projevuje v narušení procesů fotosyntézy, což vede k nedostatku sacharidů. Spouštějí se konzervační mechanismy a všechny živiny jsou vynakládány na stavbu a rozvoj kořenového systému, konkrétně nových kořenů pro „hledání“ vody.

Nedostatek sacharidů v rostlině tedy snižuje aktivitu úrovně fixace dusíku, což způsobuje nekrotické procesy v uzlinách. Po normalizaci vodního metabolismu v rostlině, která podlehla stresu ze sucha, staré uzliny již neobnovují své funkce. Zároveň se na periferních kořenech kořenového systému tvoří nové menší uzliny, jejichž úroveň fixace dusíku je výrazně nižší než u těch, které ztratily životaschopnost.

Dalším faktorem ovlivňujícím proces symbiózy, který mimochodem vyvolává největší debatu, je používání pesticidů. Vědci našeho ústavu zkoumali řadu pesticidů pro jejich vliv na rhizobii, proces vzniku a fungování symbiózy a na rostliny sóji obecně.

Například herbicidy na bázi glyfosátu obecně neovlivňují samotné bakterie. K jejich potlačení dochází pouze při vysokých koncentracích účinné látky, ale pozoruje se inhibice aktivity dusíkatých látek, zejména při nedostatku vlhkosti.

Biologická činidla léku Rizoaktiv byla tolerantní k pesticidům na bázi acetochloru, ale zaznamenala mírný pokles počtu bublin, což však neovlivnilo produktivitu rostlin.

Je obtížné vyvodit jasné závěry ohledně negativního vlivu pesticidů na symbiózu, protože za určitých podmínek je pozorován škodlivý účinek, zatímco v jiných se neprojevuje vůbec. Pro jistotu nabízíme testování každého léku, který plánujete použít v technologiích pěstování sóji v naší akreditované laboratoři.
V tomto článku jsme se zabývali tématem symbiózy nodulových bakterií a rostlin sóji, neboť právě její odhalení dává odpovědi na otázky, které byly opakovaně vznášeny v procesu komunikace a aktivní spolupráce s producenty na seminářích, na výzkumných expedicích i přímo v obory našich klientů. Doufáme, že získané poznatky budou užitečné pro zemědělské výrobce při pěstování sóji a přispějí k získání vysokých a udržitelných výnosů.

Y. Chabanyuk, Dr. S.-G. věd, vedoucí oddělení agroekologie a biologické bezpečnosti,

já Brovko, vedoucí Laboratoře mikrobiální ekologie,

Ústav agroekologie a environmentálního managementu NAAS

Citační informace

Faktory existence symbiózyb. japonicum - sója / Y. Chabanyuk, I. Brovko // Propozice. - 2017. - č. 3. - str. 36-37