Особливлсті взаємодії мікро- і макросимбіонтів в системі діазотрофи - небобова рослина

Роботами деяких авторів показано, що асоціативні азотфіксуючі бактерії роду Azospirillum здатні не тільки колонізувати кореневу систему та значною мірою впливати на фізіологію і продуктивність рослин, а й проникати у внутрішню частину кореня. Клітини азоспірил виявлені всередині судин ксилеми, а також в міжклітинному просторі кори (Лукин и др., 1987). Така локалізація життєздатних клітин азоспірил сприятлива для процесу азотфіксації, так як в цих мікрозонах забезпечується низький парціальний тиск кисню і необхідна кількість енергетичного матеріалу. Важливою є і та обставина, що від азоспірил, що заселяють внутрішні тканини кореня в рослину безпосередньо надходять фіксований азот і фітогормони. Незважаючи на встановлений факт про внутрішньокореневу локалізацію азоспірил, загальноприйнятною залишається точка зору, що азоспірили інфікують корені небобових рослин, але при цьому не утворюють на них морфологічно виражених структур на зразок бульбочок бобових рослин.

В останні роки увагу дослідників привертає явище паранодуляції - штучне ініціювання утворення псевдобульбочок на коренях небобових рослин під впливом різних хімічних агентів (2,4-діамінної солі, гормонів рослин, літичних ферментів), які отримали назву абіогенних факторів нодуляції (Лобакова и др., 2001). Відомі роботи, в яких наводяться результати одночасного застосування абіогенних факторів нодуляції та інокуляції утворених псевдобульбочок азотфіксуючими мікроорганізмами (Ковальская и др., 2001). Використані при цьому мікроорганізми отримали назву біологічних агентів нодуляції.

Як було нами показано вище, азоспірили в комплексі з агробактеріями здатні спонтанно утворювати азотфіксуючі бульбочки на коренях шовковиці, тому цілком вірогідним можна вважати і можливість індукованого формування азотфіксуючого симбіозу вказаних діазотрофів з небобовою рослиною.

В зв'язку з тим, що шовковиця - це багаторічна рослина, спостереження за процесом нодуляції якої дуже ускладнюються, перед нами постало завдання вибору зручного об'єкта для вивчення можливості штучного утворення бульбочок небобовою рослиною під впливом біологічних нодуляційних агентів. Проведеними дослідженнями було виявлено, що таким об'єктом можуть слугувати рослини моркви.

В нашій роботі щодо індукованого утворення азотфіксуючих бульбочок на коренях моркви абіогенні фактори нодуляції не використовували. Як біологічні нодуляційні агенти застосовували асоціативні азотфіксуючі бактерії роду Azospirillum, які повною мірою відповідають вимогам стосовно біологічних агентів нодуляції і є зручною моделлю при вивченні різних аспектів асоціативної системи діазотрофи - рослина. Для дослідження використовували культури азоспірил, які були виділені з ризосферного грунту і ризоплани різних сільськогосподарських культур, а також азоспірили, виділені з бульбочок шовковиці.

Проведені дослідження показали, що всі штами азоспірил, які використовувалися в дослідах, здатні утворювати бульбочки на коренях рослин моркви. Кількість бульбочок, що утворилися на одній інокульованій рослині, становила 1-8 штук, маса однієї бульбочки коливалася від 1,68 до 5,15 мг. В контрольному варіанті бульбочкоподібних структур не виявлено.

Бульбочки, що утворилися на коренях моркви внаслідок інокуляції азоспірилами, характеризувалися значною азотфіксуючою активністю, яка коливалася в межах від 0,55 до 5,21 мкг азоту/г бульбочок за годину. Нітрогеназна активність невідмитих коренів рослин у контролі була значно нижчою, ніж у варіантах з інокуляцією і складала 0,25 мкг азоту/г коренів за годину.

Електронно-мікроскопічними дослідженнями бульбочок, які утворилися на коренях моркви, встановлено, що їх тканини складаються з великих овальних клітин, більшу частину яких займає центральна вакуоль.

В провідних тканинах кореня, розташованих в центральній частині бульбочок, не виявлено ні патологічних змін, ні бактерій.

В клітинах, які безпосередньо прилягали до міжклітинника, часто трапляються поліморфні структури, що добре фарбувалися свинцем і які ми ідентифікували як бактерії. Часто трапляються бактерії, у яких спостерігається процес поділу.

З однієї клітини в іншу бактерії проникають через розриви клітинної стінки.

Отже, проведеними дослідженнями показано, що асоціативні діазотрофи роду Azospirillum можуть проникати в корені рослин моркви і здатні спричиняти утворення бульбочок, які є місцем локалізації бактерій і характеризуються значною нітрогеназною активністю. Низькій ступінь колонізації бактеріями азоспірил клітин моркви в поєднанні з їх високою азотфіксуючою активністю є також свідченням того, що в природних умовах між рослинами моркви і внесеними азоспірилами виникають симбіотичні взаємовідносини. Цим пояснюється і висока конкурентоспроможність та вірулентність бактерій роду Azospirillum.

Таким чином, показано принципову можливість посилення процесу фіксації молекулярного азоту у небобових рослин за рахунок формування штучних симбіозів з використанням бактерій роду Azospirillum.

Препарат діазобактерин та умови його ефективного застосування

Завершальним етапом нашої роботи було створення препарату діазобактерину для інокуляції насіння озимого жита, біоагентом якого слугували азоспірили.

Ефективність діазобактерину вивчали в польових і виробничих дослідах.

Відомо, що на ефективність застосування біопрепаратів суттєво впливають хімічні засоби захисту рослин. Більшість пестицидів негативно діє на діазотрофи, порушує окремі етапи їх взаємодії з рослинами, знижує ефективність інокуляції. У сільськогосподарському виробництві при вирощуванні озимого жита застосовуються фунгіциди, гербіциди і ретарданти. При можливості необхідно максимально зменшувати негативний вплив пестицидів на асоціативну систему діазотрофи - рослина.

В більшості випадків здоровий насіннєвий матеріал озимого жита можна не протруювати. Якщо протруєння все ж необхідно, то з цією метою бажано використовувати малотоксичні для азоспірил фунгіциди (фундазол, вітавакс). Як свідчать результати лабораторних і польових дослідів, при сумісній обробці діазобактерином і вищезгаданими фунгіцидами доцільно подвоїти дозу діазобактерину, враховуючи те, що титр азоспірил при безпосередньому контакті з пестицидами зменшується в 1,5-2,2 раза, але якщо протруєння насіння вказаними пестицидами проводити завчасно (за 7 днів до інокуляції), то дозу діазобактерину можна залишити без змін.

Сумісна обробка насіння озимого жита діазобактерином і такими середньотоксичними для азоспірил фунгіцидами як байтан, байлетон, фітолавін не бажана, тому, що при безпосередньому контакті з ними титр азоспірил зменшується в 4,6-10,2 раза. Протруєння насіння вказаними фунгіцидами обов'язково необхідно проводити завчасно (за 7-10 днів до інокуляції). Високотоксичні для азоспірил фунгіциди, а саме: ТМТД і фентиурам слід використовувати за 15-30 днів до інокуляції діазобактерином. Протруєння фунгіцидами, які містять ртуть, недопустиме.

При дотриманні технології застосування діазобактерину з врахуванням сумісності біоагента препарату з пестицидами можна добитися значного підвищення урожаю сільськогосподарських культур. Про це свідчать результати польового досліду, проведеного на стаціонарі Інституту сільського господарства нечорноземної зони України (табл. 6). З наведених даних видно, що спільне використання діазобактерину і фунгіциду фундазолу, яким було завчасно протруєне насіння, сприяло суттєвому приросту урожаю озимого жита, що досягав 15,2-22,1 відсотка.

Таблиця 6 Вплив діазобактерина і фундазола на урожай зерна озимого жита сорту Верхнячське 32 в залежності від доз мінеральних добрив (польовий дослід 1995-1996 рр, стаціонар Інституту сільського господарства нечорноземної зони)

Що стосується гербіцидів, то при інокуляції діазобактерином бажано використовувати безгербіцидні та малогербіцидні технології. Оскільки на перших етапах взаємодії з рослинами азотфіксуючі бактерії найбільш уразливі до впливу пестицидів, то використання грунтових гербіцидів більш небезпечне, ніж гербіцидів, які застосовуються на вегетуючих рослинах.

Ефективність бактеризації насіння озимого жита діазобактерином, при внесенні мінеральних добрив та гербіциду діалену, вивчали в умовах польового досліду на вищезгаданому стаціонарі. Гербіцид діален застосовували весною в період відростання рослин. Результати проведених досліджень свідчать, що використання діазобактерину забезпечило вірогідний приріст урожаю зерна озимого жита як без внесення мінеральних добрив, так і при внесенні фосфорно-калійних добрив (P₉₀K₉₀) та різних доз мінерального азоту (від 45 до 135 кг/га). Підвищення урожайності озимого жита в цілому у досліді становило 3,2-7,4 ц/га (8,0-15,5%).

Про поліпшення азотного живлення рослин за рахунок атмосферного азоту свідчать дані, що були одержані нами при вивченні активності асоціативної азотфіксації в кореневій зоні озимого жита. Аналіз отриманих даних показав, що при інокуляції насіння озимого жита діазобактерином різко підвищується активність асоціативної азотфіксації в кореневій зоні культури. Так, у фазу цвітіння (фаза найвищої активності процесу азотфіксації в системі діазотрофи - рослина) нітрогеназна активність під впливом діазобактерину збільшилась в 7,1-10,5 раза в порівнянні з варіантом без інокуляції. В цілому за вегетаційний період активність асоціативної азотфіксації у варіантах із діазобактерином зросла в 3,4-5,0 раза.

Відомо, що внесення під озиме жито високих доз мінерального азоту може спричиняти вилягання посівів, зазначене мало місце і в наших дослідах. Щоб цього не трапилося, вирощування озимого жита за інтенсивними технологіями передбачає застосування ретардантів, зокрема, кампозану.

В цьому зв'язку виникла необхідність вивчити можливість застосування ретарданту кампозану на посівах озимого жита інокульованого діазотрофами. Спочатку в лабораторних дослідах вивчали вплив кампозану на азоспірили, які слугують діючою основою діазобактерину. Одержані дані засвідчили відсутність інгібуючої дії даного ретарданту на життєдіяльність азоспірил. Так, вирощування зазначених бактерій на поживному середовищі з кампозаном у кількості 2 мг/мл не вплинуло на їх ріст та розвиток, титр бактеріальних клітин при цьому був аналогічним титру в контрольному варіанті. Вивчення впливу кампозану на ефективність інокуляції озимого жита діазобактерином за умов польового досліду підтвердило відсутність його негативної дії на асоціативну систему діазотрофи - рослини озимого жита. При застосуванні кампозану спостерігається тенденція до збільшення приросту урожаю озимого жита, який становив 18,1-24,9 проти 11,9-17,9% в варіанті без даного ретарданту.

Ефективність застосування діазобактерину для інокуляції насіння озимого жита ми вивчали також в умовах виробничих дослідів протягом трьох років. Результати трьохрічного випробування (табл. 7) на значних площах (2-20 га) узгоджуються з даними, отриманими в численних польових дослідах, і переконують в доцільності використання діазобактерину на посівах озимого жита.

Таблиця 7 Ефективність інокуляції озимого жита сорту Боротьба діазобактерином у виробничих дослідах (дослідне господарство Інституту сільськогосподарської мікробіології)

Таким чином, показана висока ефективність застосування новоствореного препарату діазобактерину як засобу поліпшення азотного живлення рослин озимого жита і підвищення урожайності культури.

ВИСНОВКИ

1. Теоретичні положення і результати, висвітлені в дисертаційній роботі, дозволили розкрити особливості взаємодії мікро- і макросимбіонтів в залежності від видів небобових рослин і мікроорганізмів, вперше науково обгрунтувати і експериментально довести можливість утворення специфічних симбіозів діазотрофів з небобовими рослинами, показати шляхи посилення процесу фіксації молекулярного азоту у небобових рослин за рахунок підвищення азотфіксуючого потенціалу асоціативної системи діазотрофи - рослина та науково-прикладні аспекти використання селекціонованих штамів діазотрофів, здатних суттєво активізувати процес фіксації атмосферного азоту в кореневій зоні рослин, підвищувати їх продуктивність, поліпшувати якість одержаної продукції за одночасного збереження довкілля.

2. Встановлено, що озиме жито характеризується високою активністю асоціативної азотфіксації. В кореневій зоні цієї культури створюються сприятливі умови для розвитку різних таксономічних та еколого-трофічних груп діазотрофів. Найбільш поширеними і численними є гетеротрофні аеробні бактерії родів Azotobacter, Agrobacterium, Bacillus, Enterobacter, Pseudomonas. Анаеробні гетеротрофи представлені родом Clostridium.

3. Селекціоновано новий високоефективний штам азотфіксуючих бактерій Azospirillum brasilense 18-2. Встановлено, що інтродукована в кореневу зону озимого жита культура A. brasilense 18-2 здатна не тільки приживатися в ризосферному грунті і ризоплані, але й активно колонізувати гістосферу рослин, забезпечуючи формування активної асоціативної системи азоспірила - рослина, при цьому активність фіксації молекулярного азоту підсилюється в 1,2-13,0 разів, в залежності від сорту озимого жита і екологічних факторів, урожай зерна збільшується на 5,1-12,8 ц/га (10,2-37,4%), сумарна кількість амінокислот зростає на 38,9-40%.

4. Скринінг сортів озимого жита за здатністю до асоціативної азотфіксації показав, що існує широкий спектр мінливості, виявлено 14-кратні розбіжності між сортами. Показано, що поряд з міжсортовою має місце внутрішньосортова мінливість озимого жита за здатністю до асоціативної азотфіксації, яка обумовлена як генетичною неоднорідністю сортів, так і впливом навколишнього середовища на виявлення nis-ознаки. Визначено коефіцієнт успадкування здатності до асоціативної азотфіксації (h² = 0,2986), який свідчить, що тільки близько 30% рослин озимого жита успадковують у потомстві підвищену здатність до асоціативної азотфіксації.

5. Вперше з'ясовано природу біологічного явища - спонтанного утворення бульбочок на рослинах шовковиці, які характеризуються високою азотфіксуючою активністю, що дозволило показати принципову можливість індукування утворення бульбочок на небобових рослинах з використанням біологічних факторів нодуляції. Встановлено, що відповідальними за процес нодуляції у шовковиці є діазотрофи родів Azospirillum і Agrobacterium.

6. Одержано новий консорціум агробактерій, для підвищення продуктивності шовковиці, застосування даного консорціуму сприяє зростанню листової маси шовковиці на 14,6-67,9% в залежності від сорту.

7. Вперше на рослинах моркви під впливом бактерій роду Azospirillum було штучно спричинено утворення бульбочок, що слугували місцем локалізації бактерій і характеризувалися значною нітрогеназною активністю, яка в 2,2-20,8 раза переважала цей показник в контрольному варіанті.

8. Дослідженнями бульбочок, що утворилися на коренях моркви під впливом інтродукованих бактерій роду Azospirillum, встановлено наявність симбіотичних відносин між зазначеними діазотрофами і рослинами моркви.

9. Створено новий препарат діазобактерин на основі високоактивного і технологічного штаму асоціативних азотфіксуючих бактерій Azospirillum brasilense 18-2. Показана висока ефективність застосування новоствореного препарату діазобактерину як засобу поліпшення азотного живлення рослин озимого жита, та підвищення урожайності культури. Так, у варіантах з діазобактерином активність процесу фіксації молекулярного азоту в кореневій зоні рослин збільшилась в 3,4-5,0 раза, урожай зерна - на 2,3-7,1 ц/га (9,6-24,6%).

10. Встановлено, що використання діазобактерину можна поєднувати з такими малотоксичними для азоспірил фунгіцидами-протруйниками насіння як фундазол і вітавакс, подвоївши при цьому дозу препарату, а також з ретардантом кампазаном. Показано, що поєднане використання фунгіцидів байтан, байлетон і фітолавін для протруєння насіння і діазобактерину для інокуляції є недопустимим із-за токсичної дії протруйників на біоагенти препарату.

Рекомендації виробництву

1. Сільськогосподарському виробництву рекомендовано новий мікробний препарат діазобактерин, який підвищує урожай зерна озимого жита на 10-25% і поліпшує його якість. Азоспірили, що складають основу біопрепарату, виділені з природного біоценозу, вони безпечні для людей і тварин, не забруднюють навколишнє середовище. Однією з особливостей азоспірил є їх здатність утворювати біологічно активні речовини, які сприяють росту і розвитку рослин озимого жита, посилюють активність процесу азотфіксації в їх кореневій зоні. Інокуляція озимого жита азоспірилами підвищує стійкість рослин відносно кореневих патогенів, що сприяє схоронності посівів від сходів до збирання.

2. Для селекційної роботи з озимим житом запропоновано сорти-донори високої азотфіксуючої активності: Харківське 78, Харківське 60, Куштро, Новозибківське 150, Боротьба, Струна, Верхнячське 32, які відзначаються підвищеним азотфіксуючим потенціалом і сприяють активізації процесу фіксації молекулярного азоту в їх кореневій зоні та формуванню ефективної системи діазотрофи - озиме жито.

3. Запропоновано новий консорціум агробактерій для підвищення продуктивності шовковиці, застосування даного консорціуму сприяє зростанню листової маси шовковиці на 14,6-67,9% в залежності від сорту.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Статті у наукових виданнях

1. Надкерничная Е.В., Надкерничный С.П., Колибаба В.В. Изучение нитрогеназной активности и динамики образования клубеньков люпина в лабораторной модели //Бюллетень Всесоюзного НИИ с.-х. микробиологии. - 1986. - №43. - С.34-37. (Планування дослідів, обговорення результатів, текст статті).

2. Надкерничная Е.В. Влияние некоторых фитотоксинов грибного происхождения на азотфиксирующую активность клубеньков люпина //Микробиол. журн. - 1986. - Т.48, №1. - С.21-24.

3. Надкерничная Е.В., Колибаба В.В., Мамчур А.Е., Зарицкий Н.М. Влияние фитотоксического гликолипида на нитрогеназную активность и ультраструктуру клубеньков люпина // Микробиол. журн. - 1986. - Т.48, №4. - С.8-15. (Планування дослідів, проведення досліджень, обговорення результатів, формування висновків, текст статті).

4. Надкерничная Е.В., Мамчур А.Е., Лохова В.И. Образование клубеньков на корнях моркови, инокулированной азоспириллами // Микробиол. журн. - 1989. - Т.51, №5. - С.11-16. (Планування дослідів, проведення досліджень, обговорення результатів, формування висновків, текст статті).

5. Мальцева Н.Н., Волкогон В.В., Надкерничная Е.В., Лохова В.И., Лемешко С.В. Азотфиксирующая активность азоспирилл в ассоциации с растениями некоторых видов злаковых культур //Труды Всесоюзного НИИ с.-х. микробиологии. - 1991. - Т.61. - С.66-73. (Проведення досліджень, обговорення результатів, формування висновків).

6. Мальцева Н.Н., Надкерничная Е.В., Волкогон В.В., Ушакова М.А. Активность азотфиксации и азотфиксирующие микроорганизмы ризосферы озимой ржи //Микробиол. журн. - 1992. - Т.54, №6. - С.10-16. (Планування дослідів, проведення досліджень, обговорення результатів, формування висновків).

7. Надкерничная Е.В., Ушакова М.А., Майстер А.А., Волынчук Н.К. Эффективность предпосевной обработки семян озимой ржи азотфиксирующими бактериями //Вісник аграрної науки. - 1994. - №8. - С.93-98. (Планування дослідів, проведення досліджень, обговорення результатів, формування висновків, текст статті).

8. Скорик В.В., Надкернична О.В., Сальник В.П. Вивчення генетичної детермінації ознаки азотфіксуючої активності в кореневій зоні озимого жита //Цитология и генетика. - 1994. -Т.28, №6. - С.61-65. (Планування дослідів, проведення досліджень, обговорення результатів, формування висновків).

9. Мальцева Н.Н., Надкерничная Е.В., Канивец Н.А., Любинецкий Н.Н., Бакун А.И., Майстер А.А., Волынчук А.К. Биологическая фиксация молекулярного азота в ризосфере озимой ржи при внесении азотных удобрений //Физиология и биохимия культурных растений. - 1994. - Т.26, №3. - С.288-293. (Планування дослідів, проведення досліджень, обговорення результатів, формування висновків).

10. Мальцева Н.Н., Волкогон В.В., Надкерничная Е.В. Азотфиксирующие ассоциации азоспирилл и некоторых видов злаковых культур //Мікробіол. журн. - 1995. - Т.57, №1. - С.24-31. (Планування дослідів, проведення досліджень, обговорення результатів, формування висновків).

11. Пилипенко Б.Ф., Мальцева Н.Н., Надкерничная Е.В., Сальник В.П. Азотфиксирующие клубеньки на корнях шелковицы // Микробиол. журн. - 1996. - Т.58, №5. - С.93-95. (Проведення досліджень, формування висновків).

12. Надкерничная Е.В., Ушакова М.А., Скорик В.В. Способность к азотфиксации бактерий рода Pseudomonas и их использование для повышения урожайности озимой ржи //Бюл. Института с.-х. микробиологии. - 1997. - №1. - С.20-22. (Планування дослідів, проведення досліджень, обговорення результатів, формування висновків, текст статті).

13. Патика В.П., Надкернична О.В., Скорик В.В., Сень О.В. Кореляційні зв'язки між рівнем асоціативної азотфіксації і селекційними ознаками озимого жита //Збірник наукових праць Інституту землеробства УААН. - К.: Нора Прінт - 1999. - Вип.1-2. - С.144-150. (Планування дослідів, проведення досліджень, обговорення результатів, формування висновків, текст статті).

14. Надкерничний С.П., Надкернична О.В. Бактерії Azospirillum brasilense як фактор підвищення імунітету рослин до збудників кореневих гнилей //Бюл. Інституту с.-г. мікробіології. - 1999. - №4. - С.14-17. (Планування дослідів, проведення досліджень, формування висновків).

15. Надкернична О.В. Використання азотфіксуючих бактерій Azospirillum brasilense для поліпшення якості зерна озимого жита // Бюл. Інституту с.-г. мікробіології. - 2000 - №8. - С.18-20.

16. Патика В.П., Надкернична О.В., Толкачов М.З., Скорик В.В. Азотфіксуючий потенціал сільськогосподарських рослин і його використання в селекції //Вісник аграрної науки. - 2000. - №2. - С.43-46. (Планування дослідів, проведення досліджень, обговорення результатів, формування висновків, текст статті).

17. Надкерничная Е.В., Майстер А.А. Эффективность бактериального препарата диазобактерина на загрязнённой радионуклидами дерново-подзолистой почве при внесении различных доз минеральных удобрений и пестицидов //Агроекологічний журнал. - 2001. - №1. - С.38-40. (Планування дослідів, проведення досліджень, обговорення результатів, формування висновків, текст статті).

18. Надкерничная Е.В., Ковалевская Т.М. Влияние свободноживущих азотфиксирующих бактерий на формирование и функционирование бобово-ризобиального симбиоза у некоторых сельскохозяйственных культур //Физиология и биохимия культурных растений. - 2001. - Т.33., №4. - С.355-362. (Планування дослідів, проведення досліджень, обговорення результатів, формування висновків, текст статті).

19. Надкернична О.В. Азотфіксувальні бульбочки на коренях моркви при інокуляції її азоспірилами //Вісник Одеського національного університету. - 2001. - Т.6, №4. - С.216-219.

20. Булатова Ю.О., Надкернична О.В., Ушакова М.А., Олексійченко Н.О. Вплив азотфіксуючих бактерій на біометричні показники сіянців і гібридних насаджень шовковиці //Агроекологічний журнал. - 2003. - №1. - С.57-59. (Планування дослідів, обговорення результатів, формування висновків, текст статті).

21. Надкернична О.В. Здатність діазотрофів до формування асоціативних систем з рослинами озимого жита // Агроекологічний журнал. - 2003. - №3. - С.17-20.

22. Надкернична О.В., Ушакова М.А., Олексійченко Н.О., Бабаєва Г.І., Пилипенко Б.Ф. Ефективне бактеріальне добриво для шовковиці //Аграрна наука - виробництву. - Українська академія аграрних наук. - 2003. - Вип. 3. - С.6. (Планування дослідів, проведення досліджень).

23. Надкернична О.В. Штучне бульбочкоутворення на рослинах моркви //Вісник аграрної науки. - 2003. - №10. - С.15.

24. Надкернична О.В. Генетичний поліморфізм озимого жита за здатністю до асоціативної азотфіксації //Агроекологічний журнал. - 2003. - №4. - С.62-65.

25. Надкернична О.В. Азотфіксуючі бактерії бульбочок, що утворилися на коренях шовковиці //Наукові записки Тернопільського державного педагогічного університету ім. Володимира Гнатюка. Серія: біологія. - 2003, №3 (22). - С.71-74.

Патенти

26. Пат. 40549 Україна, МКИ A01C1/00 C05F11/08. Спосіб передпосівної обробки насіння озимого жита О.В. Надкернична, В.І. Лохова (Україна). Заявл. 02.01.1990; Опубл. 16.07.2001, Бюл. №6. (Планування дослідів, проведення досліджень, аналіз одержаних результатів, формула винаходу, текст винаходу).

27. Пат. 40542 Україна, МКИ C05F11/08 C12N1/20. Штам бактерій Azospirillum brasilense для виробництва бактеріального добрива під гречку. В.І. Лохова, О.В. Надкернична (Україна). Заявл. 02.11.1987; Опубл. 16.07.2001, Бюл. №6. (Планування дослідів, проведення досліджень, аналіз одержаних результатів, формула винаходу, текст винаходу).

28. Пат. 48836 А Україна, МКИ С12N1/20. Консорціум штамів агробактерій для виготовлення бактеріального добрива під шовковицю. О.В. Надкернична, М.А. Ушакова, Н.О. Олексійченко, Г.І. Бабаєва, Б.Ф. Пилипенко (Україна). Заявл. 19.12.2001; Опубл. 15.08.2002, Бюл. №8. (Планування дослідів, проведення досліджень, аналіз одержаних результатів, формула винаходу, текст винаходу).

29. Пат. 48835 А Україна, МКИ A01G29/00. Спосіб підвищення урожайності листової маси шовковиці. О.В. Надкернична, Н.О. Олексійченко, М.А. Ушакова, Ю.О. Булатова (Україна). Заявл. 19.12.2001; Опубл. 15.08.2002, Бюл. №8. (Планування дослідів, проведення досліджень, аналіз одержаних результатів, формула винаходу, текст винаходу).

Матеріали наукових конференцій

30. Надкерничная Е.В., Ковтун В.А. Нитрогеназная активность Rhizobium meliloti в условиях симбиоза при возделывании люцерны на семена //Микробиологические процессы в почвах и урожайность сельскохозяйственных культур (Материалы к секции республ. конф. "Пути повышения эффективности факторов интенсификации сельскохозяйственного производства"). - Вильнюс. - 1986. - С.261-263. (Планування дослідів, проведення досліджень, текст).

31. Надкерничная Е.В., Колибаба В.В., Мамчур А.Е., Зарицкий Н.М. Ультраструктура клубеньков люпина после воздействия фитотоксического гликолипида //V всесоюз. биохимический съезд (Тезисы стендовых сообщений). - Том 3. - М.: "Наука". - 1986. - С.217-218. (Планування дослідів, проведення досліджень, текст).

32. Надкерничная Е.В., Ушакова М.А., Сальник В.П. Способность различных видов и штаммов азоспирилл образовывать азотфиксирующие клубеньки на корнях моркови //Мікробіол. журн. - 1994. - Т.56, №2. - С.85. (Планування дослідів, проведення досліджень, текст).

33. Maltseva N.N., Nadkernichnaya E.V., Kanivets N.A. Associations of nitrogen-fixing bacteria with winter rye //Nitrogen fixation: fundamentals and applications (Proceedings of the 10-th international congress on nitrogen fixation, St. Petersburg, Russia, May 28 - June 3, 1995). - Kluwer Academic Publishers, Dordrecht-Boston-London. - 1995. - P.769. (Планування дослідів, проведення досліджень).

34. Мальцева Н.Н., Надкерничная Е.В., Канивец Н.А. Ассоциация азотфиксирующих бактерий с озимой рожью //9-й Баховский коллоквиум по азотфиксации. Тезисы докл. - ОНТИ ПНЦ РАН, Пущино. - 1995. - С.77. (Планування дослідів, проведення досліджень).

35. Maltseva N.N., Nadkernichnaya E.V., Kanivets N.A., Ushakova M.A. Study of biological nitrogen entering in winter rye by nitrogen-fixing bacteria inoculation //International workshop on associative interactions of nitrogen-fixing bacteria with plants. Saratov, Russia, June 5-8, 1995 (Book of abstracts). - Saratov, Russia. - 1995. - P.48. (Планування дослідів, проведення досліджень).

36. Патыка В.Ф., Надкерничная Е.В., Скорик В.В. Роль генетических факторов в явлении ассоциативной азотфиксации //Використання сучасних молекулярно-генетичних і біотехнологічних розробок у генетико-селекційних дослідженнях (Збірник матеріалів II Міжнар. конф., м. Одеса). - Київ: Аграрна наука. - 1998. - С.41-42. (Планування дослідів, проведення досліджень, текст).

37. Надкернична О.В., Скорик В.В., Патика В.П. Вплив генетичних факторів на асоціативну азотфіксацію озимого жита //Сталий розвиток агроекологічних систем в умовах обмеженого ресурсного забезпечення (Матеріли наук.-метод. конференції). - К. - 1998. - С.122-123. (Планування дослідів, проведення досліджень, текст).

38. Надкерничная Е.В., Скорик В.В., Патыка В.Ф. Азотфиксирующий потенциал небобовых растений и его использование в селекции //Материалы 7-й международной научно-практической конференции "Нетрадиционное растениеводство, экология и здоровье". - Симферополь. - 1998. - С.579-580. (Планування дослідів, проведення досліджень, текст).

39. Patyka V.F., Nadkernichnaya E.V., Tolkachev N.Z. Nitrogen fixing potential of winter rye and soybean and its using in selection //New approaches and techniques in breeding sustainable fodder crops and amenity grasses (Proceedings of 22-nd Eucarpia fodder crops and amenity grasses section meeting, October 17-21 1999 St. Petersburg Russia). - Санкт-Петербург: Вира. - 1999. - С.168-169. (Планування дослідів, проведення досліджень, текст).

40. Ковалевская Т.М., Надкерничная Е.В., Козар С.Ф., Бардаков А.Г. Эффективность симбиоза Bradyrhizobium sp. (Lupinus) с люпином жёлтым в условиях жесткого инфекционного фона //Состояние и перспективы развития люпиносеяния в XXI веке (Тез. докл. Междунар. науч.-практ. конф. (ВНИИ люпина, 17-19 июля 2001г.). - Брянск. - 2001. - С.53-56. (Планування дослідів, проведення досліджень, текст).

41. Патыка В.Ф., Надкерничная Е.В. Генетическая детерминация признака ассоциативной азотфиксации //Сельскохозяйственная микробиология в XIX-XXI веках (Тезисы всерос. конф. 14-19 июня 2001г.). - Санкт-Петербург. - 2001. - С.67-68. (Планування дослідів, проведення досліджень, текст).

42. Надкерничная Е.В., Ушакова М.А., Алексейченко Н.А. Азотфиксирующие бактерии рода Azospirillum, выделенные из клубеньков на корнях шелковицы //Микробиология и биотехнология XXI столетия (Материалы международ. конф.). - Минск. - 2002. - С.57-59. (Планування дослідів, проведення досліджень, текст).

43. Надкернична О.В. Інтродукція діазотрофів в грунт - перспективний шлях підвищення продуктивності агробіоценозів //Матеріали міжнарод. наукової конф. "Сталий розвиток агроекосистем". - Вінниця. - 2002. - С.110-112.

Методичні рекомендації, в розробці і підготовці яких автор брав безпосередню участь

44. Патика В.П., Толкачов М.З., Шерстобоєва О.В., Колмаз Ю.Т., Шерстобоєв М.К., Бутвіна О.Ю., Князєв О.В., Чайковська Л.О., Волкогон В.В., Канівець В.І., Токмакова Л.М., Надкернична О.В. та ін. Рекомендації по ефективному застосуванню біопрепаратів азотфіксуючих та фосформобілізуючих бактерій в сучасному ресурсозберігаючому землеробстві /Міністерство агропромислового комплексу України. Українська академія аграрних наук. - К. - 1997. - 19с. (Планування дослідів, проведення досліджень).

45. Патика В.П., Шерстобоєва О.В., Шерстобоєв М.К., Волкогон В.В., Надкерничний С.П., Мельничук Т.М., Канівець В.І., Токмакова Л.М., Близнюк Н.М., Надкернична О.В. та ін. Рекомендації по ефективному застосуванню мікробіологічних препаратів у сучасному ресурсозберігаючому землеробстві /Міністерство агропромислового комплексу України. Українська академія аграрних наук. Інститут сільськогосподарської мікробіології УААН. - Чернігів. - 1999. - 22с. (Планування дослідів, проведення досліджень).

46. Патика В.П., Панченко Г.М., Зарицький М.М., Надкернична О.В., Волкогон В.В. та ін. Сільськогосподарська мікробіологія - на допомогу аграрному виробництву. Збірник наукових розробок /Інститут сільськогосподарської мікробіології УААН. Чернігів. - 2001. - 59с. (Планування дослідів, проведення досліджень, текст).

АНОТАЦІЯ

Надкернична О.В. Особливлсті взаємодії мікро- і макросимбіонтів в системі діазотрофи - небобова рослина. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора біологічних наук за спеціальністю 03.00.16 - біологія. - Інститут агроекології та біотехнології УААН, Київ, 2004.

Дисертація присвячена висвітленню особливостей взаємодії мікро- і макроорганізмів в асоціативній системі діазотрофи - небобова рослина. Визначено структуру асоціативного азотфіксуючого комплексу мікроорганізмів кореневої зони небобових сільськогосподарських культур та їх здатність до фіксації молекулярного азоту в залежності від природних умов, особливостей росту і розвитку рослин.

Показана роль генотипу рослин у формуванні і активному функціонуванні азотфіксуючого комплексу: ризосферні діазотрофи - рослина.

Встановлено принципову можливість утворення специфічних симбіозів діазотрофів з небобовими рослинами.

Отримано новий високоефективний і технологічний штам азотфіксуючих бактерій і на його основі створено препарат. Визначено умови ефективного застосування біопрепарату для активізації процесу фіксації атмосферного азоту в кореневій зоні небобових рослин, підвищення продуктивності рослин, поліпшення якості одержаної продукції за одночасного збереження довкілля від надмірного забруднення.

Ключові слова: азотфіксація, діазотрофи, індуковані симбіози, мікробний препарат (біопрепарат), Azospirillum brasilense, озиме жито, шовковиця, морква, урожай.

АННОТАЦИЯ

Надкерничная Е.В. Особенности взаимодействия микро- и макросимбионтов в системе диазотрофы - небобовое растение. - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени доктора биологических наук по специальности 03.00.16 - биология. - Институт агроэкологии и биотехнологии УААН, Киев, 2004.

В диссертации отражены сведения об особенностях взаимодействия микро- и макроорганизмов в ассоциативной системе диазотрофы - небобовое растение. Определена структура ассоциативного азотфиксирующего комплекса микроорганизмов корневой зоны небобовых сельскохозяйственных культур и их способность к фиксации молекулярного азота в зависимости от природных условий, особенностей роста и развития растений.

Показана роль генотипа растений в формировании и активном функционировании азотфиксирующего комплекса: ризосферные диазотрофы - растение.

Установлена принципиальная возможность образования специфических симбиозов диазотрофов с небобовыми растениями.

Получен новый высокоэффективный и технологический штамм азотфиксирующих бактерий и на его основе создан препарат. Определены условия эффективного использования биопрепарата для активизации процесса фиксации атмосферного азота в корневой зоне небобовых растений, повышения продуктивности растений, улучшения качества полученной продукции при одновременном сохранении окружающей среды от чрезмерного загрязнения.

Ключевые слова: азотфиксация, диазотрофы, индуцированные симбиозы, микробный препарат, Azospirillum brasilense, озимая рожь, шелковица, морковь, урожай.

ABSTRACT

Nadkernichnaya O.V. The features of interaction between micro- and macrosymbionts in system of nitrogen-fixing bacteria - non-legume plant. - A manuscript.

The dissertation on competition for scientific degree of doctor of the biological sciences on professions 03.00.16 - the Institute for agroecology and biotechnologies UAAS, Kiev, 2004.

The dissertation is devoted to studying the features of interaction between micro- and macroorganisms in associative system nitrogen-fixing bacteria - none-legume plant. The structure of associative nitrogen-fixing complex of microorganisms in root zone of none-legume agricultural crops and their ability to fix molecular nitrogen is determined depending on natural conditions, peculiarities of growth and development of plants. It is marked for the first time, that winter rye is characterized by high activity of nitrogen fixation. Favorable conditions for development of various regular and ecologic-trophic groups of nitrogen-fixing microorganisms are created in a root zone of the given culture. The most widespread and numerous are heterotrophic aerobic bacteria of Azotobacter, Agrobacterium, Bacillus, Enterobacter, Pseudomonas species. Anaerobic heterotrophs are represented by Clostridium species. During the introduction of nitrogen-fixing bacteria of Azospirillum, Azotobacter, Bacillus, Pseudomonas species in ground with seeds of winter rye in a root zone of plants the active associative system nitrogen-fixing bacteria - winter rye is formed.

The role of the genotype of plants in formation and active functioning of nitrogen-fixing complex: rhyzosphere nitrogen-fixing bacteria - plant is shown. Screening of sorts of winter rye on according to the ability to associative nitrogen fixation allowed to reveal a spectrum of variability between sorts, and also intrahigh-quality variability which is caused by the genetic heterogeneity of sorts as well as the influence of the environment on display of the nis-attribute.

The factor of inheriting the ability to associative nitrogen fixation (h² = 0,2986) is determined which proves that only about 30 % of plants of winter rye inherit in posterity the increased ability to associative nitrogen fixation.

A new highly effective and technological strain of nitrogen-fixing bacteria Azospirillum brasilense 18-2 is received which well got accustomed in rhizosphere ground during inoculation in a root zone of winter rye, root surface, and also actively colonized the histosphere of plants. Thus provided the formation of active associative system Azospirillum - a plant, strengthening the activity of fixing molecular nitrogen in 1,2-13,0 times depending on a sort of winter rye and also depending on ecological factors.

On the basis of A. brasilense 18-2 the preparation is created, conditions of its effective using for activization of the process of fixing atmospheric nitrogen in a root zone of none-legume plants, improvements of quality of received production are determined at simultaneous preservation of the environment from excessive pollution with pollutants. Using of the created preparation during cultivation of winter rye has provided the increasing of nitrogen fixation activity in a root zone of plants in 3,4-5,0 time, a grain yield - 2,3-7,1 centner/hectare (9,6-24,6 %), contents of amino acids in grain - on 40,0, including irreplaceable - on 47,8 % in comparison with a variant without the preparation.

For the first time high nitrogen-fixing activity of nodules which are spontaneously formed on mulberry roots is determined. On ability to connect molecular nitrogen of an atmosphere they did not concede nodules of some kinds of legume cultures (lucerne, clover, lupin), their nitrogen-fixing activity made 13,06mkh of nitrogen/1h of nodules in one hour. Responsible for high nitrogen-fixing activity of nodules that were found out are the nitrogen-fixing bacteria of Azospirillum and Agrobacterium species. As a result of the carried out screening the consortium of Agrobacterium microorganisms for manufacturing bacterial fertilizer under a mulberry is received. Using of the given consortium during mulberry cultivation promoted increase of its leaf weight on 14,6-67,9 % depending on a sort.

For the first time on plants of carrots under influence of bacteria of Azospirillum species it was artificial formation of nodules which served as a place of localization of bacteria and it was characterized by significant nitrogen-fixing activity. Electronic-microscopic researches of the formed nodules ultrastructure have confirmed the presence of symbiotic relations between specified nitrogen-fixing bacteria and plants of carrots. Thus, the basic opportunity of formation the associative mutual relations in the system of nitrogen-fixing bacteria - non-legume plant into symbiotic is shown. Amplification of nitrogen fixation process in non-legume plants can be achieved with the help of biological nodulation factors, including bacteria from Azospirillum species.

Key words: nitrogen fixation, nitrogen-fixing bacteria, induced symbioses, a biological product, Azospirillum brasilense, winter rye, a mulberry, carrots, a crop.

Размещено на Allbest.ru