Dejavniki za obstoj simbioze b. japonicum - soja

Kakšna je simbioza gomoljnih bakterij in soje? Pojem ali pojav, s katerim znanstveniki strašijo pridelovalce, kar povzroči resno oviro v komunikaciji med njimi: znanstvenike boli, ker njihovo znanje ni zaznano, kmetje potrebujejo konkretne praktične odgovore na njihova vprašanja. Kaj je torej simbioza in kateri dejavniki dejansko vplivajo na njen nastanek?

Simbioza je biološki sistem, ki ga tvorijo metuljnice in gomoljne bakterije, katerih rezultat interakcije je nastanek novih morfoloških struktur - koreninskih gomoljev. Slednji pretvarjajo atmosferski dušik v rastlinam dostopno obliko – to je zapleten, večstopenjski proces, ki povzroča globoke fiziološke in presnovne spremembe pri obeh partnerjih.

Eden najpomembnejših dejavnikov pri nastanku simbioze je prisotnost nodulnih bakterij v rizosferi rastlin. Kaj so ti mikroorganizmi? Nodulne bakterije, ki vežejo dušik ali rizobije, so talni mikroorganizmi, ki so sposobni izvajati proces biološke fiksacije dušika. Prva klasifikacija rizobij je bila razvita že v 30. letih prejšnjega stoletja in je temeljila na sposobnosti mikroorganizmov, da vstopijo v simbiotski odnos z gostiteljsko rastlino. Takrat so identificirali le šest vrst - Rhizobium meliloti, R. trifolii, R. phaseoli, R. lupini, R. leguminosarum, R. japonicum. 50 let kasneje je bila taksonomija teh mikroorganizmov revidirana in glede na številne genetske in morfofiziološke lastnosti je bil identificiran nov rod rhizobia, Bradyrhizobium, katerega značilnost je bila nizka stopnja rasti. Predstavniki te vrste so mikrosimbionti izključno rastlin soje.

Slednjo pa so razdelili na tri vrste bakterij: Bradyrhizobium japonicum, B. elkanii, B. liaoningense.

Aktivna uporaba inokulantov med gojenjem soje v različnih državah sveta, vključno z Ukrajino, je privedla do oblikovanja populacij rizobij v tleh, ki so zaradi prostega obstoja in vpliva različnih abiotskih dejavnikov spremenili svoj genotip in pridobili nove lastnosti.

Tako po podatkih molekularno genetskih študij med njimi ločimo več skupin sevov, ki se razlikujejo po svojih lastnostih, vključno s hitrostjo rasti. Danes so opisani izolati z intenzivno rastjo, ki za razliko od klasičnih predstavnikov lahko povečajo biomaso že po dveh in ne po treh dneh in pol. Druga značilnost takšnih sevov je povečana saprofitska sposobnost, to je sposobnost bakterij, da preživijo v tleh zunaj telesa gostiteljske rastline, ugotovljeno pa je tudi dejstvo prevlade teh sevov v čebulici.

Zbirka agronomsko uporabnih izolatov Inštituta za agroekologijo in upravljanje narave Nacionalne akademije znanosti Ukrajine vključuje 72 predstavnikov bakterij iz rodu Bradyrhizobium, med katerimi so sevi, poleg lastnosti, ki jih mikrobiologi klasično preučujejo (fiksiranje dušika). aktivnost, virulentnost, tekmovalnost ipd.), so značilne tudi tiste, ki se jim običajno posveča manj pozornosti. Zlasti je bilo ugotovljeno, da je obdelava semen soje z nekaterimi izolati poleg nastajanja mehurčkov prispevala k izboljšanju razvoja koreninskega sistema: povečala se je njegova dolžina in teža ter specifična površina. povečala se je tudi površina korenin. Poleg tega je bil opažen vpliv inokulacije na razvoj bolezni rastlin soje tako bakterijskega kot glivičnega izvora. Še eno zanimivo dejstvo je, da so bile rastline, cepljene s skupino sevov Bradyrhizobium z vzpostavljenim simbiotskim aparatom, bolje vzdržale stresne pogoje zaradi pesticidov, pa tudi sušo in kislost tal.

Čeprav se večina sevov Bradyrhizobium ne ukorenini v tleh in se izleže že v naslednji rastni sezoni, so v naši zbirki izolati, ki so sposobni ne samo oblikovati gosto populacijo, temveč se pojavljajo v zadostnem številu tudi dolgo časa. , se v laboratorijskih pogojih razlikujejo po intenzivnosti rasti, dan in pol pred klasičnimi sevi sojinih rizobij.

S testiranjem na stotine kombinacij iz različnih izolatov nam je uspelo ustvariti učinkovito sestavo, ki nima le vseh koristnih lastnosti, značilnih za cepivo, ampak ima tudi vrsto specifičnih, na primer pomemben sinergijski učinek med bioagenti.

Preden preidemo na obravnavo specifičnih dejavnikov, ki vplivajo na nastanek simbioze, je treba poudariti, da je nastanek in delovanje simbiotskih interakcij med rastlinami soje in dušikovimi bakterijami dvosmeren proces. Zato je treba delovanje katerega koli zunanjega dejavnika obravnavati ne le z vidika vpliva na bakterije, kot to počnejo zdaj industrijalci in številni znanstveniki, temveč kompleksno, to je z učinkom na oba udeleženca simbioze.

Pomemben dejavnik pri oblikovanju simbiotskih odnosov je genotip rastline. On je tisti, ki izzove nastanek mehurčkov, je odgovoren za njihovo število in velikost.

Reja samo po intenzivnem tipu (pridobivanje visokih donosov, vsebnosti beljakovin, vsebnosti olja) brez upoštevanja prilagoditvenih lastnosti, kot so sposobnost simbioze, odpornost na visoke temperature, kislost tal itd., Vodi k ciljni selekciji v agrobiocenozi. Posledica tega je pojav odpornih plevelnih vrst, to pa vodi v progresivno potrebo po uporabi herbicidov. Poleg tega narašča število in negativni vpliv škodljivcev in fitopatogenov, poleg tega pa obstajajo vrste, ki prej niso bile značilne za agrocenoze, zlasti soja. Seveda to zahteva uvedbo velike količine insekticidov, akaricidov, fungicidov. Zato je za ustvarjanje zelo učinkovite simbioze potrebna stalna selekcija in obnavljanje tako sort rastlin kot sevov mikroorganizmov, ki temelji na načelih njihove komplementarnosti.

Drug element ciljne selekcije je uporaba snovi, ki so odgovorne za nastanek mehurčkov, kar povzroči zmanjšanje aktivnosti sort, da samostojno proizvajajo signalne snovi, zlasti flavonoide, in pri rizobiji - ustrezne signale, na primer Nod-faktor. , "obvesti" rastlino o prisotnosti teh bakterij v območju korenin tal. Po tem rastlina tvori koreninske gomolje, kjer se "naselijo" bakterije, ki se hranijo z njenimi hranili in zaradi dejstva, da pretvorijo dušik v obliko, ki je na voljo za porabo kulture.

Ustvarjanje in obstoj simbioze vključuje postopno sodelovanje vsakega od partnerjev, vendar lahko uporaba posebnih "pomožnih" snovi povzroči kršitev programa, ki ga je določila narava, ki uspešno deluje že desetine, tudi več sto tisoč let.

Z ekonomskega vidika postanemo talci takšnih tehnologij, saj lahko izgubimo genotipe rastlin in mikroorganizmov, ki so sposobni samostojno ustvariti učinkovito simbiozo.

Pomemben dejavnik, ki ga je treba upoštevati z vidika obeh partnerjev simbioze, je kislost tal. Nekateri proizvajalci zmotno verjamejo, da soje ni mogoče gojiti na tleh s pH nižjim od 5-5,5, saj gomoljne bakterije s tako kislostjo "ne delujejo". Sodobne študije pa pravijo nasprotno: na različnih tipih tal so rizobije izolirane iz mehurčkov stročnic, ki so tolerantne tako na močno kisle (3) kot na bazične (8,5) pH vrednosti tal. To je razloženo z dejstvom, da je sposobnost bakterij, da se prilagodijo okoljskim razmeram, običajno večja kot pri rastlinah, saj je obseg njihovega obstoja veliko širši.

Kaj se pravzaprav dogaja? V tleh s pH nižjim od 5,5 pride do hidrolizacije aluminijevih spojin v toksično obliko trivalentnega aluminija, katerega visoka koncentracija je v 67 % tal glavni omejitveni dejavnik za sposobnost preživetja vseh rastlin. Toksični učinek je zatiranje delitve koreninskih celic, njihovo podaljšanje in zmanjšanje razpoložljivosti makrohranil.

Nizek pH tal negativno vpliva ne toliko na rizobijo kot na prepustnost celičnih membran rastlin, zaradi česar bakterije ne morejo prodreti v notranjost. Za vezikle je pH-občutljivo obdobje začetek infekcijskega procesa, stopnja pritrditve rizobija na koreninske dlake pa je najbolj ranljiva. Motena je izmenjava signalov med gostiteljsko rastlino in mikrosimbiontom. Pri rastlinah se zmanjša izločanje flavonoidov, kar vpliva na sintezo ustreznih bakterijskih signalov. Zmanjšanje signalizacije povzroči blokiranje faz, kot sta deformacija in zvijanje koreninskega dlaka.

Tako rastline kot rizobije so v začetnih fazah ontogeneze in vzpostavljanja simbioze občutljive na visoke temperature. V prihodnosti se tudi pri visokih temperaturah, 30 ... 35 ° C, nadaljuje proces nastajanja mehurčkov. Vendar do fiksacije dušika v takih pogojih ne pride. Rastline se prehranjujejo predvsem zaradi porabe mineralnega dušika, zato bo njegova prisotnost v tleh na fiziološkem optimumu zagotovila nastanek visokega pridelka rastlin soje. V takih razmerah posebno pozornost in učinkovitost pridobi foliarno hranjenje rastlin soje z nizkimi odmerki dušika.

Rizobiji v tleh so na splošno odporni na kratka obdobja suše. Pomanjkanje vlage negativno vpliva predvsem na rastlinski organizem. Škodljivi učinek se kaže v motnjah fotosinteznih procesov, kar vodi do pomanjkanja ogljikovih hidratov. Sprožijo se ohranitveni mehanizmi, vsa hranila pa se porabijo za izgradnjo in razvoj koreninskega sistema, namreč novih korenin za »iskanje« vode.

Tako pomanjkanje ogljikovih hidratov v rastlini zmanjša aktivnost ravni fiksacije dušika, kar povzroča nekrotične procese v nodulah. Po normalizaciji metabolizma vode v rastlini, ki je podlegla vplivu sušnega stresa, stari noduli ne obnovijo več svojih funkcij. Hkrati se na perifernih koreninah koreninskega sistema oblikujejo novi, manjši noduli, katerih stopnja fiksacije dušika je bistveno nižja od tistih, ki so izgubile vitalnost.

Drugi dejavnik, ki vpliva na proces simbioze, ki mimogrede povzroča največ razprav, je uporaba pesticidov. Znanstveniki našega inštituta so proučevali številne pesticide glede na njihov učinek na rizobije, proces nastajanja in delovanja simbioze ter na rastline soje nasploh.

Na primer, herbicidi na osnovi glifosata na splošno ne vplivajo na same bakterije. Njihovo zatiranje se pojavi le pri visokih koncentracijah zdravilne učinkovine, vendar opazimo inhibicijo aktivnosti nitrogenaze, zlasti pri pomanjkanju vlage.

Bioagenti pripravka Rizoactiv so bili tolerantni na pesticide na osnovi acetoklora, vendar je bilo ugotovljeno rahlo zmanjšanje števila mehurčkov, kar pa ni vplivalo na produktivnost rastlin.

Težko je narediti nedvoumne zaključke o negativnem učinku pesticidov na simbiozo, saj je pod nekaterimi pogoji opažen škodljiv učinek, v drugih pa se sploh ne manifestira. Zagotovo nudimo testiranje vsakega zdravila, ki ga nameravate uporabiti v tehnologijah pridelave soje, v našem akreditiranem laboratoriju.
V prispevku smo obravnavali temo simbioze nodulnih bakterij in rastlin soje, saj prav njeno razkritje daje odgovore na vprašanja, ki so se vedno znova zastavljala v procesu komuniciranja in aktivnega sodelovanja s proizvajalci na seminarjih, raziskovalnih ekspedicijah in neposredno na poljih naših strank. Upamo, da bo pridobljeno znanje koristilo kmetijskim pridelovalcem pri gojenju soje in bo prispevalo k doseganju visokih in trajnostnih donosov.

Y. Chabanyuk, dr. S.-G. znanosti, vodja Oddelka za agroekologijo in biološko varnost, dr.

JAZ. Brovko, vodja Laboratorija za ekologijo mikroorganizmov,

Inštitut za agroekologijo in upravljanje z naravo NAAS

Informacije za citiranje

Dejavniki za obstoj simbiozeb. japonicum - soja / Ya. Chabanyuk, I. Brovko // Predlog. - 2017. - št. 3. - strani 36-37