Механизм биологической фиксации молекулярного азота, иммобилизация фосфора микроорганизмами - Применение азотфиксаторов на практике

Применение азотфиксаторов на практике

Открытие азотфиксаторов привело к созданию так называемых микробных удобрений. Уже в 1895 году Наббе и Хилтнером запатентован препарат микробной культуры Nitragin. Он выпускался в 17 вариантах для различных растений. Препарат представлял собой культуры азотфиксирующих микроорганизмов, смешанных с почвой, торфом, песком, навозом и другими субстратами. Внесение нитрагина в почву или обработка семян назывались инокуляцией и позволяли фермеру повысить качество и количество продукции. В первой половине нашего столетия наблюдался неуклонный рост научно-исследовательских работ по созданию перспективных микробных препаратов для бобовых и не бобовых культур.

Нитрагин - удобрение для бобовых растений. Его готовят из активной специфической для каждого вида растений этого семейства расы клубеньковых бактерий,размножаемых на стерилизованном и богатом органическим веществом субстрате. По действующему стандарту в 1 гнитрагина должно содержаться не менее 70 млн. клеток клубеньковых бактерий для люпина, сои, сераделлы, арахиса и 300 млн. - для остальных бобовых растений.

Однако после второй мировой войны бурное развитие химической промышленности породило надежду на решение многих вопросов технологии выращивания сельскохозяйственных культур с использованием химических удобрений. Начался период химизации сельскохозяйственного производства. Работы по исследованию микробиологических препаратов стали свертываться. Если к середине 40-х годов в мире продавалось 40 тыс. препаратов микробных удобрений, то в 1964 году – всего 1-2 тыс. Возможности большой химии, дешевизна азотных удобрений, простота их использования как бы отодвигали на второй план микробные препараты.

Период переосмысления методов и стратегии использования биологических и химических источников минерального, и, в первую очередь, азотного питания сельскохозяйственных растений наступил в конце прошлого века, когда во многих странах, возникла проблема «экологизации» сельскохозяйственного производства. Постоянно растущие мощности по производству синтетических азотных удобрений и их интенсивное использование кроме положительного эффекта (роста урожайности) несут в себе большую опасность -загрязнение азотсодержащими веществами почвы, подпочвенных вод, рек и озер. Минеральные удобрения вымываются из почвы, выщелачиваются и становятся вредными для человека соединениями – нитритами, нитрозаминами и т.д.

Проблема "занитрачивания" питьевых водоемов вблизи больших площадей сельскохозяйственных угодий, на которых применяют азотные удобрения, требует своего решения как в России, так и во многих промышленно развитых странах. Все это заставляет ученых и практиков искать альтернативные пути решения сельскохозяйственных задач, уделяя серьезное внимание биологической азотфиксации.

В настоящее время спектр применяемых микропрепаратов под бобовые, злаковые и другие культуры довольно широк. В конце XX века во многих странах нитрагенизации подвергается 70-80 % бобовых культур. В районах традиционного возделывания бобовых культур прибавка урожая от применения нитрагина оставляет 2-4 ц/га зерна сои, 1-2 ц/га зерна гороха и люпина, 80-100 ц/га зеленой массы бобовых культур, 6-12 ц/га сена клевера и люцерны. На почвах, где бобовые культуры ранее не возделывались и в которых нет специфичных для них клубеньковых бактерий, дополнительный сбор сельскохозяйственной продукции за счет применения препаратов клубеньковых бактерий достигает 50-100 % и более.

Штаммы ризобий, используемые для инокуляции сельскохозяйственных бобовых культур, обычно выделяются из клубеньков этих же видов. Но данные ряда авторов показывают, что в качестве источника таких штаммов могут быть использованы и некоторые дикорастущие виды бобовых. Так штаммы Bradyrhizobium, выделенные из клубеньков дикорастущего вида Arachis duranensis Benth., превосходят штаммы, выделенные из клубеньков культурного вида A. hypogaea L., по эффективности симбиоза с A. hypogaea. Штаммы R. leguminosarum bv. viceae, выделенные из клубеньков дикорастущих видов Vicia L. в Средней Азии, проявили неменьшую эффективность симбиоза с V. villosa, чем штаммы, выделенные из V. villosa. При этом степень таксономического родства V. villosa и видов – источников штаммов не связана с эффективностью симбиоза, образуемого этим штаммом с V. villosa. Штаммы R. leguminosarum bv. trifolii, выделенные из клубеньков дикорастущих видов Trifolium (T. paucifolium Nutt., T. glomeratum L.), не менее эффективны в симбиозе с культурными видами T. subterraneum L. и T. repens L., чем штаммы, выделенные из этих культурных видов.

Использование препаратов с активными по азотфиксации штаммами ризобий не всегда может дать полную гарантию получения высокого хозяйственного эффекта, так как доминантная роль принадлежит растению, предопределяющему эффект азотфиксации. К тому же высокая продуктивность бобовых при инокуляции штаммами ризобий на Севере тормозится низкими температурами, коротким вегетационным периодом и другими неблагоприятными факторами.

К этим жестким условиям наиболее приспособлены природные популяции штамма Rhizobium leguminosarum bv. trifolii. Следовательно, в условиях Севера при выращивании традиционных бобовых культур (клевер луговой, клевер красный, астрагал и т.д.) перспективна аналитическая селекция ризобий из дикорастущих видов бобовых. Для относительно "новых" бобовых растений (козлятник восточный, люпин многолистный, донник белый и т.д.) на Севере желательна инокуляция ризобиями, специфичными для "новых" бобовых, так как видоспецифичных для этих культур штаммов ризобий часто в почве нет.

Местные популяции некоторых видов Fabaceae (Medicago sativa L., Pisum sativum L., Phaseolus vulgaris L., Trigonella foenum-gracum L.) весьма изменчивы по активности азотфиксации, осуществляемой при симбиозе с клубеньковыми бактериями, и могут быть использованы в качестве источника исходного материала при селекции этих растений на повышение симбиотической активности.

Таким образом, в условиях Севера (низких температур, pH почвы 4-5, обусловленная Al3+, нерастворимых форм фосфатов в почве, короткого вегетационного периода) перспективна:

1) аналитическая селекция штаммов ризобий из дикорастущих популяций бобовых для инокуляции сельскохозяйственных бобовых;

2) инокуляция культурных растений грибами-зигомицетами из порядка Glomales, переводящими нерастворимые формы фосфатов в растворимые. В частности инокуляция Glomus fasciculatum;

3) совместная инокуляция бобовых ризобиями и Agrobacterium, Arthrobacter;

4) инокуляция злаковых Agrobacterium, Arthrobacter, Flavobacterium.

Вы здесь: Home Механизм биологической фиксации молекулярного азота, иммобилизация фосфора микроорганизмами