Фізіологічні реакції фацелії гороболистної (Phacelia tanacetifolia Benth

З-за великого обсягу цей матеріал розміщено на кількох сторінках: 1 2 3

фізіологічні

На правах рукопису

МУРАТОВА Рузиля Раміївна

Фізіологічні реакції фацелії гороболистної (Phacelia tanacetifoliaBenth.) на дію ґрунтової посухи при інокуляції насіння штамами асоціативних ризобактерій.

Спеціальність 03.01.05 – фізіологія та біохімія рослин

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

Роботу виконано на кафедрі ботаніки Федеральної державної бюджетної освітньої установи вищої професійної освіти «Український державний педагогічний університет ім. »

Науковий керівник:доктор сільськогосподарських наук, професор

кафедри ботаніки РДПУ імені

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, професор кафедри агрономічної, біологічної хімії та радіології РДАУ – МСГА імені

кандидат біологічних наук, старший

науковий співробітник лабораторії екологічної фізіології та біохімії рослин Головного ботанічного саду імені РАН

Провідна організація:ДНУ ВНДІСГМ Россільгоспакадемії

З дисертацією можна ознайомитись у Центральній науковій бібліотеці українського державного аграрного університету – МСГА імені

Автореферат розісланий «21» травня 2013

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність дослідження.Особливої ​​актуальності набувають дослідження, присвячені вивченню тарозроблення прийомів вирощування рослин, що забезпечують їм стійкість до дії негативних факторів довкілля, зокрема до ґрунтової посухи. Це з зростаючою нестабільністю клімату та розширенням площ посушливих земель. Посуха є одним із зовнішніх факторів, що інгібують багато метаболічних процесів, що лімітують зростання та продуктивність рослин (Удовенко, 1973; Chaves, 2004; Кошкін, 2010).

Для збільшення продуктивності та стійкості культурних рослин особлива увага приділяється використанню бактеріальних препаратів, виготовлених на основі штамів асоціативних ризобактерій (Кожем'яков та ін., 2004; Бєлімов, 2010). Вони мають різнобічний позитивний вплив на протікання фізіологічних процесів у рослин, формування врожайності та якість рослинної продукції, є перспективним вирішенням проблеми зниження хімічного навантаження на навколишнє середовище та підвищення стійкості рослин до дії стресорів (Тихонович, 2000; Завалін, 2000; Каци.); Роботи із застосуванням ризобактерій на рідкісних (нетрадиційних) культурах поодинокі або відсутні. До таких культур належить фацелія гороболистна (Phacelia tanacetifoliaBenth.) – однорічна трав'яниста рослина сімейства водолистникових, що володіє високим біологічним та економічним потенціалом, що робить її перспективною для господарського використання в багатьох регіонах України. Однак відсутні дані щодо виявлення найбільш ефективних штамів ризобактерій для підвищення стійкості фацелії до дії ґрунтової посухи, а також не вивчені реакції цієї культури на дію даного стресу при інокуляції насіння ризобактеріями. Все це необхідно для оцінки адаптаційного потенціалу інокульованих штамами асоціативних ризобактерій культури тарозуміння механізмів підвищення її стійкості до водного стресу

Мета та завдання досліджень.Метою роботи було вивчення фізіологічних реакцій фацелії гороболистої на дію ґрунтової посухи при інокуляції насіння штамами асоціативних ризобактерій.

Для вирішення мети поставлено такі завдання:

1. Провести скринінг штамів, які більшою мірою надають стимулюючу дію на проростання насіння фацелії та зростання проростків;

2. Виявити оптимальну дозу мінерального азоту для встановлення ефективних рослинно-мікробних взаємин;

3. Дослідити спільну дію асоціативних ризобактерій та оптимальної дози мінерального азоту на деякі морфофізіологічні процеси рослин;

4. Визначити дію асоціативних ризобактерій на ростові процеси, мінеральне харчування, водний режим, фотосинтез, ферментативну активність фацелії горобколистої при водному стресі.

Наукова новизна.Отримано нові дані, що поглиблюють уявлення про реакцію рослин фацелії горобколистної інокульованої штамами асоціативних ризобактерій на дію ґрунтової посухи. Зокрема показано, що інокуляція насіння цієї культури перед посівом певними штамами асоціативних ризобактерій (Variovoraxparadoxus, штам 5С-2;Arthrobactermysorens,штам 7), у поєднанні з раціональною дозою азотних добрив (60 кг/N/га), при ґрунтовій посусі надає стимулюючу дію на зростання та розвиток рослин. Виявлено стійкість функціональної активності фотосинтетичного апарату, а також збереження кількісного складу хлорофілів. Показано підвищення рівня ферментативної активності рослин, а також активності антиоксидантних систем. Встановлено, що завикористання ризобактерій стабілізуються біохімічні процеси та формується якісна продукція.

Практична значимість.Виконані дослідження мають велике значення для екологічно безпечного та ресурсозберігаючого вирощування рослин, а так само доповнюють та поглиблюють уявлення про реакцію інокульованих рослин на дію стресових факторів навколишнього середовища, зокрема до ґрунтової посухи. Результати досліджень дозволяють рекомендувати використання препаратів 5С-2 та мізорин для вирощування фацелії гороболистної з метою підвищення її посухостійкості. Отримані дані можуть бути застосовані для підвищення ефективності використання асоціативних ризобактерій в практичному землеробстві, а також підвищення стійкості рослин до дії водного стресу.

Основні положення, що виносяться на захист.

1. Внесення оптимальних доз мінерального азоту при обробітку фацелії гороболистної дозволяє оптимізувати мікробно-рослинні взаємини.

2. Використання відібраних бактеріальних штамів надає стимулюючий вплив на схожість насіння та подальші фізіологічні процеси рослин, внаслідок чого підвищується їхня біомаса та покращується якість рослинної продукції.

3. При короткочасній ґрунтовій посусі обробка насіння ризобактеріями сприяє меншому порушенню росту, мінерального харчування, фотосинтезу та активності ферментів, що призводить до стабілізації загального стану рослин, а також збереження продуктивності культури.

Апробація результатів дослідження.Матеріали дисертації були представлені на XI окружній конференції молодих вчених «Наука та інновації XXI століття» (Сургут, 2010); Міжвузівської конференції молодих вчених «Герценівські читання» (Санкт-Петербург, 2011); XVIII Міжнародної конференції студентів, аспірантів та молодих вчених «Ломоносів – 2011» (Москва, 2011); Всеукраїнській науково-практичній конференції «Актуальні проблеми освіти та науки у регіоні» (Бузулук, 2011); 56-й науковій конференції студентів та аспірантів «Регіональні проблеми екології та природокористування» (Псков, 2011); Всеукраїнській науковій конференції, присвяченій 15-річчю біологічного факультету Сургутського державного університету «Сучасні проблеми біологічних досліджень у Західному Сибіру та на суміжних територіях» (Сургут, 2011); VII-му З'їзді Товариства фізіологів рослин Укаїни «Фізіологія рослин – фундаментальна основа екології та інноваційних біотехнологій» та Міжнародній школі «Інновації в біології для розвитку біоіндустрії сільськогосподарської продукції» (Нижній Новгород, 2011).

Структура дисертації.Дисертація викладена на 166 сторінках друкованого тексту і складається із вступу, огляду літератури, опису об'єктів та методів дослідження, експериментальної частини, висновків, висновків, додатків та списку літератури. Робота ілюстрована 28 таблицями та 19 рисунками, а також містить 26 додатків. Список літератури містить 235 найменувань, 67 із них іноземними мовами.

Об'єкти, методи та умови проведення досліджень

Дослідження з інокуляції насіння фацелії гороболистної (сорт Наталія) ризобактеріями проводилися в мм. на біостанції РГПУ імені , розташованої у селищі Вириця (Гатчинський район).

У лабораторних дослідах було досліджено 10 бактеріальних препаратів, наданих лабораторією екології симбіотичних та асоціативних ризобактерій ДНУ ВНДІСГМ. Для подальшого вивчення у вегетаційних та польових дослідах були відібрані такі препарати:Variovorax paradoxus, штам 5С-2 (далі препарат 5С-2), мізорин (Arthrobacter mysorens, штам 7), флавобактерін (Flavobacteriumsp., штам Л30 ), екстрасол (Pseudomonasfluorescens,штам ПГ-5).

Протягом 10 днів (фаза бутонізації) у вегетаційних судинах досвідчені рослини піддавали ґрунтовій посусі (ПЗ). Контрольні рослини перебували протягом усього періоду вегетації за нормального зволоження (НУ). У польових дослідах рослини вирощувалися із застосуванням зростаючих доз мінерального азоту, і навіть при інокуляції насіння відібраними штамами ризобактерий і натомість повного мінерального добрива.

РЕЗУЛЬТАТИ І ОБГОВОРЕННЯ

Скрінінг штамів асоціативних ризобактерій, що виявляють стимулюючий ефект на схожість та проростання насіння фацелії

Відбір найбільш ефективних бактеріальних штамів проводився в лабораторних умовах на підставі оцінки їх впливу на схожість насіння та зростання зародкового кореня фацелії гороболистної. Схожість визначали методом пророщування за оптимальних умов, які встановлені досвідченим шляхом та стандартизовані (ГОСТ і ).

фацелії

Мал. 1. Схожість насіння фацелії гороболистої в

залежно від штаму ризобактерій (НСР05 = 6,9)

Поряд із підвищенням схожості насіння при використанні різних бактеріальних штамів, відмічено збільшення довжини зародкового кореня та гіпокотилю. Найбільш ефективною виявилася обробка насіння фацелії гороболистними препаратами 5С-2, мізорином, флавобактеріном та екстрасолом ПГ-5. Довжина кореня у випадках у середньому 50% перевищувала контрольний варіант.

Таким чином, лабораторні досліди показали, що асоціативні ризобактерії мають стимулюючу дію вже на етапі проростання насіння.Біопрепарати 5С-2, мізорин, флавобактерин та екстрасол ПГ-5 викликають найбільший стимулюючий ефект. На цій підставі ці чотири препарати були взяті нами для постановки польових та вегетаційних дослідів.

Виявлення оптимальної дози мінерального азоту при вирощуванні фацелії гороболистної

Вміст нітратів, мг NO-3/кг зеленої маси рослин

Спільна дія бактеріальних препаратів та мінерального азоту при вирощуванні фацелії гороболистної

Приживання штаму в ризосфері рослин, його розмноження та фізіологічна активність значною мірою визначаються кількістю кореневих виділень та їх хімічним складом (Кравченко, 2000). Оскільки кількісний та якісний склад кореневих виділень у видів та сортів рослин відрізняється, то до них необхідний індивідуальний підбір штаму.

У польових дослідах проведено порівняльні дослідження впливу інокуляції насіння фацелії асоціативними ризобактеріями (відібраними в лабораторних дослідах) на схожість насіння, ростові процеси, продуктивність та якість рослинної продукції на тлі раціональної дози мінеральних добрив (N60P60K60).

Дослідження показали, що польова схожість насіння фацелії на оптимальному азотному фоні із застосуванням асоціативних ризобактерій збільшилась у середньому на 10-15% щодо контролю. З моменту появи сходів відмічено інтенсивніший розвиток рослин, оброблених відібраними бактеріальними препаратами. У фазу цвітіння висота рослин інокульованих ризобактеріями перевищувала контрольний варіант на 15%. Також відмічено збільшення площі листової поверхні, яка зростала до фази зростання стебла у висоту. Найбільш розвинена листова поверхня відзначена у рослин інокульованих 5С-2, вона у 2 рази перевищувалааналогічний показник контрольного варіанта.

Результати дослідів щодо нітратредуктазної активності узгоджуються з даними щодо вмісту нітратів у зеленій масі рослин фацелії, а також щодо врожайності культури, що говорить про залежність цих показників. Позитивна дія асоціативних ризобактерій на дані показники, ймовірно, пов'язана з підвищенням активності поглинання, транспорту та включення до метаболізму поживних елементів у інокульованих рослин.

Вплив інокуляції насіння штамами ризобактерій на біомасу фацелії, активність