Спосіб підвищення азотофіксувальної активності та продуктивності симбіотичних систем люцерна-sinorнizobium meliloti

Реферат: Спосіб підвищення азотофіксувальної активності та продуктивності симбіотичних систем люцерна - Sinorhizobium meliloti полягає у застосуванні при вирощуванні люцерни прийому -4 обприскування рослин водним розчином полістимуліну К у концентрації 10 М у фазу прихованої бутонізації, даний прийом включає використання регулятора росту цитокінінової природи з пролонгованим типом дії, - наявність полімерного носія-матриці забезпечує поступове вивільнення бензиламінопурину (БАП) і, таким чином, подовжує його ефект, при цьому обробка проводиться у критичну для формування генеративних органів фазу розвитку рослин, що забезпечує підвищення урожаю насіння. UA 102763 U (12) UA 102763 U UA 102763 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до сільського господарства, а саме технології вирощування бобових, зокрема люцерни, яка є однією з провідних кормових культур в Україні. Однією з причин зменшення посівних площ люцерни є нестача насіння, обумовлена тим, що у виробничих умовах потенціал насінників цієї культури реалізується лише на 25-30 % [Коць С.Я., Михалків Л.М. Фізіологія симбіозу та азотне живлення люцерни. - К.: Логос, 2005. - 300 с.]. Суттєвим чинником, що призводить до зниження насіннєвої продуктивності люцерни, є недостатнє водозабезпечення. Тому розробка способів оптимізації врожайності цієї культури за умов недостатньої вологості ґрунту набуває особливої актуальності. Підвищити стійкість бобових до несприятливих умов довкілля і покращити їхню врожайність дозволяє застосування регуляторів росту, при цьому доцільно враховувати азотофіксувальний потенціал їхніх симбіотичних систем. Встановлено [Биологическая фиксация азота: бобоворизобиальный симбиоз. Т. 2 / Коць С.Я., Моргун В.В., Патыка В.Ф. и др. - К.: Логос, 2011. - 523 с.], що за сприятливих умов симбіотичні системи люцерна - Sinorhizobium meliloti протягом вегетації засвоюють 250-350 кг/га і більше атмосферного азоту, при цьому приріст урожаю зеленої маси та насіння досягає 25-35 %, а збір білка збільшується на 30-50 %. Це диктує необхідність всебічного дослідження функціональних особливостей різних за ефективністю симбіотичних систем при використанні регуляторів росту за різного водозабезпечення. Відомо спосіб підвищення насіннєвої продуктивності люцерни [UA50011, опубл. 15.10.2002 p.], який включає формування двох урожаїв цієї культури на рік на одній зрошуваній площі при відсутності використання ґрунтового гербіциду та при використанні біостимулятора фероцин. Недоліком вказаного способу при одержанні насіння є обмеження щодо стиглості сорту. Відомо також спосіб вирощування насіннєвих посівів люцерни, який включає обробку посівів засобом для позакореневої обробки [UA2997, опубл. 26.12.1994 р.] на основі борної кислоти та хлорхолінхлориду при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: борна кислота - 0,020,05, хлорхолінхлорид - 1,5-1,8, вода - решта. Вказаний спосіб базується на інгібуванні загального росту та перерозподілі асимілятів, у результаті чого досягають підвищення насіннєвої продуктивності. Проте застосування ретардантів, зокрема хлорхолінхлориду, викликає пригнічення розвитку кореневої системи, що обумовлює зниження стійкості рослин люцерни до абіотичних чинників, передусім - до посухи. Відомо спосіб вирощування люцерни [UA42206, опубл. 25.06.2009 p.], який включає одноразове або дворазове (фазах стеблування та/або початку бутонізації, відповідно) обприскування рослин розчином регулятора росту і розвитку, основою якого є продукти термофільного метанового бродіння із концентрацією 1,0-1,5 г/л. Проте даний спосіб забезпечує стимуляцію ростових процесів на ранніх етапах розвитку культури, після застосування препарату. Відомо також, що обприскування люцерни у фазах початку бутонізації та початку цвітіння різними стимуляторами росту, зокрема 6-бензиламінопурином (БАП) (0,03 г/л), на фоні інокуляції ефективними штамами Sinorhizobium meliloti сприяє підвищенню урожайності насіння [Коць С.Я., Левчук О.М., Кудрявченко Л.А. Дія стимуляторів росту на насіннєву продуктивність люцерни // Актуальні проблеми фізіології рослин і генетики: Тези доп. VI конф.мол.вчених, присвяч. 50-й річниці з дня заснування ІФРГ НАН України. Київ, 9-11 жовтня, 1996 р. - К.: ІФРГ НАН України, 1996. - С. 31-32]. Даний спосіб вирощування люцерни є прототипом представленої корисної моделі. Він забезпечує підвищення урожаю насіння, проте, зважаючи на залежну від концентрації здатність кінетину як стимулювати, так і пригнічувати азотофіксуючу активність кореневих бульбочок, його застосування не завжди забезпечує підвищення насіннєвої продуктивності люцерни. Задачею представленої корисної моделі є забезпечення тривалого процесу активної азотофіксації симбіотичною системою люцерни з синоризобіями з метою поліпшення азотного живлення рослин у період формування генеративних органів і підвищення насіннєвої продуктивності рослин за посушливих умов. Це досягається шляхом використання запропонованої моделі, суть якої полягає у обприскуванні рослин люцерни у фазі прихованої бутонізації водним розчином полістимуліну К (ПС-К - 6-бензиламінопурин, іммобілізований на полімері). Відомо, що використання полістимуліну К на декоративних квіткових рослинах в умовах забруднення ґрунту важкими металами покращує показники цвітіння [Бессонова В.П., Иваченко О.Е., Приймак Е.П. Влияние полистимулина К на качество цветения декоративных цветочных растений в условиях загрязнения окружающей среды // Укр. ботан. журн.-2006.-63, № 4. - С. 541-550], розроблено методичні рекомендації застосування ПС-К для підвищення стійкості озимої пшениці до посухи [Шматько И.Г. Технология применения полистимулина К для 1 UA 102763 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 повышения устойчивости озимой пшеници к засухе (Метод, рекомендации) / Шматько И.Г., Григорюк И.А., АН Укр. ССР, Ин-т физиологии роастений и генетики. - К.: б.и., 1990. - 18 с.]. Наведений нижче приклад призначений для ілюстрації та пояснення запропонованої корисної моделі. Для підтвердження ефективності заявленого проводили досліди з вирощування рослин люцерни за різного водозабезпечення. Приклад. Досліди проводили на базі Інституту фізіології рослин і генетики НАН України з використанням районованого на території України сорту люцерни посівної (Medicago sativa L.) Ярославна. Передпосівну інокуляцію насіння люцерни здійснювали виробничим штамом S. meliloti 441 і отриманим методом міжродової кон'югації штамом S. meliloti M6. Рослини вирощували на відкритому вегетаційному майданчику в 11-кілограмових посудинах Вагнера в піщаній культурі на поживному середовищі Гельрігеля з 0,25 норми азоту [Ca(NO3)2]. Вологість субстрату підтримували за допомогою контрольованого поливу на рівні 60 % повної вологоємкості (ПВ). У фазі прихованої бутонізації рослини обприскували водним розчином -4 полістимуліну К у концентрації 10 М. ПС-К синтезований у Російському хіміко-технологічному університеті ім. Д.І. Менделєєва. У день застосування регулятора росту у відповідних варіантах досліду зменшували поливну норму до 40 % ПВ, створюючи модельну посуху тривалістю 30 діб. Після цього вологість субстрату в посудинах відновлювали до 60 % ПВ. Визначали масу та кількість бульбочок на коренях рослин, а також активність азотофіксації ацетиленовим методом [Hardy, 1968; Крикунець, 1993] на газовому хроматографі "Chromatograph-504" (Польща), вивчали динаміку наростання кореневої та надземної маси рослин, а також урожай насіння. Статистична обробка експериментальних даних виконана загальноприйнятим методом [Доспехов, 1985]. У результаті проведених досліджень встановлено, що зменшення вологості субстрату з 60 до 40 % ПВ призводить до суттєвого зниження кількості та маси бульбочок на коренях люцерни, а також азотофіксувальної активності упродовж бутонізації - плодоношення (креслення). Обробка рослин ПС-К активізує формування азотофіксувального апарату за різного водозабезпечення, а також нівелює негативний вплив зниження вологості субстрату на фіксацію молекулярного азоту. Відомо, що азотофіксувальна активність у люцерни, як і в інших бобових, в онтогенезі змінюється: до початку фази цвітіння вона зростає, а відтак - знижується. Проте, як показали проведені експерименти, обробка люцерни ПС-К подовжила період активного функціонування симбіотичного апарату до фази плодоношення на фоні інокуляції S. meliloti 441 за оптимального та недостатнього водозабезпечення, а також на фоні інокуляції S. meliloti Мб за посухи. Вивчення динаміки наростання надземної маси рослин люцерни при обробці ПС-К показало (табл. 1), що в залежності від фази розвитку рослин і штаму-інокулянта застосування регулятора росту забезпечує прибавку цього показника за оптимального водозабезпечення на 11-36 %, а за недостатнього - на 13-30 %. Вплив ПС-К на урожай зеленої маси та насіння люцерни теж залежав від штаму-інокулянта та водозабезпечення рослин. За оптимального водозабезпечення обробка рослин люцерни ПСК на фоні інокуляції S. meliloti 441 істотно не впливала на урожай першого укосу надземної маси (табл. 2). Застосування ПС-К на фоні інокуляції S. meliloti 441 за недостатнього водозабезпечення сприяло збільшенню надземної маси рослин першого укосу в середньому на 12 %, забезпечувало приріст надземної маси рослин другого укосу на 19 та 32 %, а також підвищувало врожай насіння люцерни на 17 та 36 % за оптимального та недостатнього водозабезпечення відповідно. Обробка люцерни, інокульованої штамом S. meliloti M6, регулятором росту не вплинула суттєво на урожайності насіння люцерни за оптимального водозабезпечення, тоді як за 40 % ПВ застосування ПС-К спричиняло її зростання на 34 %. 50 Таблиця 1 Вплив ПС-К на наростання надземної маси (г/рослину) люцерни, інокульованої Sinorhizobium meliloti 441 та Мб Фаза розвитку рослин Варіант бутонізація-початок цвітіння маса % до рослини контролю цвітіння маса рослини 2 % до контролю плодоношення маса рослини % до контролю UA 102763 U Продовження таблиці 1 Інокуляція S. meliloti 441 60 % ПВ, без обробки (контроль 1) 60 %ПВ, ПС-К 40 % ПВ, без обробки (контроль 2) 40 %ПВ, ПС-К 60 % ПВ, без обробки (контроль 1) 60 %ПВ, ПС-К 40 % ПВ, без обробки (контроль 2) 40 %ПВ, ПС-К 1,86±0,14 100 1,99±0,06 100 3,53±0,28 100 2,07±0,15 111,3 2,35±0,15 118,1 4,81±0,26 136,3 1,38±0,09 100 1,40±0,09 100 1,46±0,11 100 124,6 1,86±0,16 127,4 1,56±0,18 113,0 1,77±0,12 Інокуляція S. meliloti Мб 1,76±0,14 100 2,37±0,32 100 2,68±0,32 100 1,75±0,13 99,4 2,95±0,49 124,5 3,49±0,35 130,2 1,35±0,13 100 1,46±0,07 100 1,83±0,21 100 1,61±0,06 119,3 1,90±0,14 130,1 2,15±0,17 117,5 Таблиця 2 Урожай люцерни сорту Ярославна, інокульованої Sinorhizobium meliloti 441, за дії різного водозабезпечення та регуляторів росту Варіант 60 % ПВ, без обробки (контроль 1) 60 %ПВ, ПС-К 40 % ПВ, без обробки (контроль 2) 40 % ПВ, ПС-К 5 10 15 Урожай надземної маси, г/посудину Урожай насіння, г/посудину І укіс II укіс 23,06±1,43 7,47±0,30 2,19±0,21 25,60±0,96 8,85±0,59 2,57±0,14 15,69±0,85 6,51±0,52 0,56±0,03 17,66±0,69 8,58±0,85 0,76±0,06 Таким чином, запропонована модель вирощування люцерни має певні переваги над існуючими завдяки пролонгованій дії регулятора росту, що приводить до покращення процесів формування і функціонування азотофіксувальних бульбочок на коренях люцерни як за оптимального, так і недостатнього водозабезпечення, стимулює ріст надземної маси рослин, а також сприяє підвищенню врожаю насіння. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб підвищення азотофіксувальної активності та продуктивності симбіотичних систем люцерна - Sinorhizobium meliloti, що полягає у застосуванні при вирощуванні люцерни прийому -4 обприскування рослин водним розчином полістимуліну К у концентрації 10 М у фазу прихованої бутонізації, який відрізняється тим, що даний прийом включає використання регулятора росту цитокінінової природи з пролонгованим типом дії, - наявність полімерного носія-матриці забезпечує поступове вивільнення бензиламінопурину (БАП) і, таким чином, подовжує його ефект, при цьому обробка проводиться у критичну для формування генеративних органів фазу розвитку рослин, що забезпечує підвищення урожаю насіння. 3 UA 102763 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4