Simbiozes pastāvēšanas faktori b. japonicum - soja

Kāda ir mezgliņu baktēriju un sojas pupiņu simbioze? Jēdziens vai parādība, ko zinātnieki izmanto, lai biedētu ražotājus, kas rada nopietnu šķērsli viņu savstarpējā saziņā: zinātniekiem ir sāpes, jo viņu zināšanas netiek uztvertas, lauksaimniekiem nepieciešamas konkrētas praktiskas atbildes uz jautājumiem. Tātad, kas ir simbioze un kādi faktori faktiski ietekmē tās rašanos?

Simbioze ir pākšaugu un mezglu baktēriju radīta bioloģiskā sistēma, kuras mijiedarbības rezultātā veidojas jaunas morfoloģiskās struktūras - sakņu mezgliņi. Pēdējie pārvērš atmosfēras slāpekli augiem pieejamā formā – tas ir sarežģīts, daudzpakāpju process, kas izraisa pamatīgas fizioloģiskas un vielmaiņas izmaiņas abos partneros.

Viens no svarīgākajiem simbiozes rašanās faktoriem ir mezgliņu baktēriju klātbūtne augu rizosfērā. Kas ir šie mikroorganismi? Mezglu slāpekli fiksējošās baktērijas jeb rhizobia ir augsnes mikroorganismi, kas spēj veikt bioloģiskās slāpekļa fiksācijas procesu. Pirmā rizobijas klasifikācija tika izstrādāta pagājušā gadsimta 30. gados, tās pamatā bija mikroorganismu spēja izveidot simbiotiskas attiecības ar saimniekaugu. Tad tika noteiktas tikai sešas sugas - Rhizobium meliloti, R. trifolii, R. phaseoli, R. lupini, R. leguminosarum, R. japonicum. 50 gadus vēlāk tika pārskatīta šo mikroorganismu taksonomija un saskaņā ar vairākām ģenētiskām un morfofizioloģiskām īpašībām tika identificēta jauna rhizobia ģints Bradyrhizobium, kuras raksturīga iezīme bija zems augšanas ātrums. Tieši šīs sugas pārstāvji ir tikai sojas pupu augu mikrosimbionti.

Pēdējā savukārt tika sadalīta trīs baktēriju veidos: Bradyrhizobium japonicum, B. elkanii, B. liaoningense.

Aktīva inokulantu izmantošana sojas pupu audzēšanas laikā dažādās pasaules valstīs, tostarp Ukrainā, izraisīja rizobiju populāciju veidošanos augsnēs, kuras brīvas eksistences un dažādu abiotisko faktoru ietekmes rezultātā mainīja savu genotipu un ieguva jaunas. īpašības.

Tādējādi saskaņā ar molekulāro ģenētisko pētījumu datiem starp tiem izšķir vairākas celmu grupas, kas atšķiras pēc to īpašībām, tostarp augšanas ātruma. Mūsdienās ir aprakstīti izolāti ar intensīvu augšanu, kas atšķirībā no klasiskajiem pārstāvjiem var palielināt biomasu pēc divām, nevis trīsarpus dienām. Vēl viena šādu celmu iezīme ir paaugstināta saprofītiskā kompetence, tas ir, baktēriju spēja izdzīvot augsnē ārpus saimniekauga ķermeņa, un ir konstatēts šo celmu dominēšanas fakts sīpolā.

Ukrainas Nacionālās Zinātņu akadēmijas Agroekoloģijas un dabas pārvaldības institūta agronomiski noderīgo izolātu kolekcijā ir iekļauti 72 Bradyrhizobium ģints baktēriju pārstāvji, starp kuriem ir arī celmi, papildus īpašībām, kuras klasiski pēta mikrobiologi (slāpekļa piesaistes). aktivitāte, virulence, konkurētspēja utt.), raksturo arī tie, kuriem parasti tiek pievērsta mazāka uzmanība. Jo īpaši tika atzīmēts, ka sojas pupu sēklu apstrāde ar dažiem izolātiem papildus burbuļu veidošanai veicināja sakņu sistēmas attīstības uzlabošanos: palielinājās tās garums un svars, kā arī īpatnējā virsma. palielinājās arī sakņu platība. Turklāt tika atzīmēta inokulācijas ietekme uz gan baktēriju, gan sēnīšu izcelsmes sojas augu slimību attīstību. Vēl viens interesants fakts ir tas, ka augi, kas inokulēti ar Bradyrhizobium celmu grupu ar izveidotu simbiotisku aparātu, labāk izturēja pesticīdu stresa apstākļus, kā arī sausumu un augsnes skābumu.

Lai gan lielākā daļa Bradyrhizobium celmu neiesakņojas augsnē un neizšķiļas jau nākamajā veģetācijas sezonā, mūsu kolekcijā ir izolāti, kas spēj ne tikai veidot blīvu populāciju, bet arī parādīties pietiekamā daudzumā ilgu laiku. , laboratorijas apstākļos tie atšķiras pēc augšanas intensitātes, pusotru dienu apsteidzot klasiskos sojas rizobijas celmus.

Pārbaudot simtiem kombināciju no dažādiem izolātiem, izdevās izveidot efektīvu sastāvu, kam piemīt ne tikai visas inokulantam raksturīgās labvēlīgās īpašības, bet arī vairākas specifiskas, piemēram, būtiska sinerģiska iedarbība starp bioaģentiem.

Pirms ķerties pie specifisku simbiozes veidošanos ietekmējošo faktoru izskatīšanas, jāuzsver, ka simbiotisko mijiedarbību veidošanās un funkcionēšana starp sojas pupu augiem un slāpekli fiksējošām baktērijām ir divvirzienu process. Tāpēc jebkura ārēja faktora darbība ir jāvērtē ne tikai no ietekmes uz baktērijām pozīcijām, kā to šobrīd dara rūpnieki un daudzi zinātnieki, bet kompleksi, tas ir, pēc ietekmes uz abiem simbiozes dalībniekiem.

Svarīgs faktors simbiotisko attiecību veidošanā ir auga genotips. Tas ir tas, kurš provocē burbuļu veidošanos, ir atbildīgs par to skaitu un lielumu.

Selekcija tikai pēc intensīvā tipa (iegūstot lielu ražu, proteīna saturu, eļļas saturu), neņemot vērā tādas adaptīvās īpašības kā simbiozes spējas, izturība pret augstām temperatūrām, augsnes skābums u.c., noved pie mērķtiecīgas selekcijas agrobiocenozē. Tā sekas ir rezistentu nezāļu rasu parādīšanās, un tas savukārt noved pie pakāpeniskas nepieciešamības lietot herbicīdus. Turklāt pieaug kaitēkļu un fitopatogēnu skaits un negatīvā ietekme, turklāt ir sugas, kas iepriekš nebija raksturīgas agrocenozēm, īpaši sojas pupām. Protams, tas prasa ieviest lielu daudzumu insekticīdu, akaricīdu, fungicīdu. Tāpēc, lai izveidotu ļoti efektīvu simbiozi, nepieciešama pastāvīga gan augu šķirņu, gan mikroorganismu celmu selekcija un atjaunošana, pamatojoties uz to komplementaritātes principiem.

Vēl viens mērķtiecīgas selekcijas elements ir tādu vielu izmantošana, kas ir atbildīgas par burbuļu veidošanos, tādējādi samazinot šķirņu aktivitāti, lai tās patstāvīgi ražotu signālvielas, jo īpaši flavonoīdus, un rizobijā - atbilstošos signālus, piemēram, Nod-faktors. , "informē" augu par šo baktēriju klātbūtni augsnes sakņu zonā. Pēc tam augs veido sakņu mezgliņus, kuros "nogulsnējas" baktērijas, kas barojas ar tās barības vielām, un tāpēc, ka tās pārvērš slāpekli kultūrai patēriņam pieejamā formā.

Simbiozes radīšana un pastāvēšana ietver katra partnera soli pa solim līdzdalību, bet speciālu "palīgvielu" lietošana var novest pie dabas noteiktās programmas pārkāpumiem, kas veiksmīgi darbojas jau desmitiem, pat simtiem tūkstošu gadu.

No ekonomiskā viedokļa mēs kļūstam par šādu tehnoloģiju ķīlniekiem, jo ​​varam zaudēt gan augu, gan mikroorganismu genotipus, kas spēj patstāvīgi izveidot efektīvu simbiozi.

Svarīgs faktors, kas jāņem vērā no abu simbiozes partneru viedokļa, ir augsnes skābums. Daži ražotāji kļūdaini uzskata, ka sojas pupiņas nevar audzēt augsnēs, kuru pH ir mazāks par 5-5,5, jo mezgliņu baktērijas “nedarbojas” ar šādu skābumu. Taču mūsdienu pētījumi saka pretējo: uz dažāda veida augsnēm rizobijas tiek izolētas no pākšaugu burbuļiem, kas ir izturīgi gan pret stipri skābu (3), gan sārmainu (8,5) augsnes pH vērtībām. Tas izskaidrojams ar to, ka baktēriju spēja pielāgoties vides apstākļiem parasti ir augstāka nekā augiem, jo ​​to pastāvēšanas diapazons ir daudz plašāks.

Kas patiesībā notiek? Augsnēs, kuru pH ir mazāks par 5,5, alumīnija savienojumi tiek hidrolizēti, veidojot toksisku trīsvērtīgā alumīnija formu, kura augstā koncentrācija ir galvenais visu augu dzīvotspēju ierobežojošais faktors 67% augšņu. Toksiskā iedarbība ir nomāc sakņu šūnu dalīšanos, to pagarināšanos un samazina makroelementu pieejamību.

Zems augsnes pH negatīvi ietekmē ne tik daudz rizobiju, cik augu šūnu membrānu caurlaidību, kā rezultātā baktērijas nevar iekļūt iekšā. Pūslām pH jutīgais periods ir infekcijas procesa sākums, un visneaizsargātākais ir rizobijas pieķeršanās posms sakņu matiņiem. Tiek traucēta signālu apmaiņa starp saimniekaugu un mikrosimbiontu. Augos samazinās flavonoīdu sekrēcija, kas ietekmē atbilstošo baktēriju signālu sintēzi. Signalizācijas samazināšanās noved pie tādu fāžu bloķēšanas kā sakņu matu deformācija un savīšana.

Gan augi, gan rhizobia ir neaizsargāti pret augstām temperatūrām ontoģenēzes un simbiozes sākuma stadijās. Nākotnē, pat augstā temperatūrā, 30 ... 35 ° C, burbuļu veidošanās process turpinās. Tomēr šādos apstākļos slāpekļa fiksācija nenotiek. Augi barojas galvenokārt minerālā slāpekļa patēriņa dēļ, tāpēc tā klātbūtne augsnē fizioloģiskajā optimālā nodrošinās augstas ražas veidošanos sojas augiem. Šādos apstākļos īpašu uzmanību un efektivitāti iegūst sojas augu lapotne ar zemām slāpekļa devām.

Augsnē esošās sakneņi parasti ir izturīgas pret īsiem sausuma periodiem. Mitruma trūkums negatīvi ietekmē galvenokārt augu organismu. Negatīvā ietekme izpaužas kā fotosintēzes procesu pārkāpums, kas izraisa ogļhidrātu deficītu. Tiek iedarbināti saglabāšanas mehānismi, un visas barības vielas tiek tērētas sakņu sistēmas veidošanai un attīstībai, proti, jaunas saknes, lai “meklētu” ūdeni.

Tādējādi ogļhidrātu trūkums augā samazina slāpekļa fiksācijas līmeņa aktivitāti, kas izraisa nekrotiskus procesus mezgliņos. Pēc ūdens vielmaiņas normalizēšanās augā, kas padevies sausuma stresa ietekmei, vecie mezgliņi vairs neatjauno savas funkcijas. Tajā pašā laikā uz sakņu sistēmas perifērajām saknēm veidojas jauni, mazāki mezgliņi, kuru slāpekļa fiksācijas līmenis ir ievērojami zemāks nekā tiem, kas zaudējuši dzīvotspēju.

Vēl viens simbiozes procesu ietekmējošs faktors, kas, starp citu, izraisa vislielākās diskusijas, ir pesticīdu lietošana. Mūsu institūta zinātnieki pētīja vairākus pesticīdus, ņemot vērā to ietekmi uz rizobiju, simbiozes veidošanās un funkcionēšanas procesu, kā arī uz sojas augiem kopumā.

Piemēram, herbicīdi uz glifosāta bāzes parasti neietekmē pašas baktērijas. To nomākšana notiek tikai pie augstām aktīvās vielas koncentrācijām, tomēr tiek novērota slāpekļa aktivitātes inhibīcija, īpaši ar mitruma trūkumu.

Rizoactiv preparāta bioaģenti bija izturīgi pret pesticīdiem, kuru pamatā ir acetohlors, tomēr tika novērots neliels burbuļu skaita samazinājums, kas tomēr neietekmēja augu produktivitāti.

Ir grūti izdarīt nepārprotamus secinājumus par pesticīdu negatīvo ietekmi uz simbiozi, jo dažos apstākļos tiek novērota kaitīga ietekme, savukārt citos tā neizpaužas vispār. Lai pārliecinātos, mēs piedāvājam katras zāles, ko plānojat izmantot sojas pupu audzēšanas tehnoloģijās, testēšanu mūsu akreditētajā laboratorijā.
Šajā rakstā esam aplūkojuši tēmu par mezgliņu baktēriju un sojas pupu augu simbiozi, jo tieši tās izpaušana sniedz atbildes uz jautājumiem, kas vairākkārt izskanējuši komunikācijas un aktīvās sadarbības procesā ar ražotājiem semināros, pētniecības ekspedīcijās un tieši mūsu klientu jomās. Ceram, ka iegūtās zināšanas noderēs lauksaimniecības produkcijas ražotājiem sojas pupu audzēšanā un veicinās augstas un ilgtspējīgas ražas iegūšanu.

Y. Čabanjuks, Dr. S.-G. Zinātnes, Agroekoloģijas un bioloģiskās drošības katedras vadītājs,

es Brovko, Mikroorganismu ekoloģijas laboratorijas vadītājs,

Agroekoloģijas un dabas pārvaldības institūts NAAS

Informācija citēšanai

Simbiozes pastāvēšanas faktorib. japonicum - soja / Ya.Chabanyuk, I.Brovko // Priekšlikums. - 2017. - Nr.3. - 36.-37.lpp