Азотфиксация

Ежегодно при возделывании сельскохозяйственных рас­тений в мире используется до 140 млн. т азота за счет фикса­ции его из воздуха.

За рубежом ведутся широкие исследования, связанные с повышением эффективности нитрагинации (инокуляции) се­мян. Создаются новые формы инокулянтов, разрабатываются экономичные способы их внесения. Особое внимание уделя­ется выведению высокоэффективных штаммов азотфиксиру- ющих бактерий рода ризобиум методами аналитической се­лекции, мутагенеза и генной инженерии практически для всех бобовых растений. Установлена способность бактерий азоспи- рилл, обитающих в ризосфере растений семейства мятлико- вых, пасленовых, сельдерейных усваивать азот атмосферы. Изготовленные на основе выделенных бактерий инокулянты придают азотфиксирующую способность растениям указанных семейств. Считают, что при благоприятных условиях зерно­вые культуры за счет этого источника смогут удовлетворить свою потребность в азоте на 17-40%.

В настоящее время в сельском хозяйстве широко применя­ются препараты клубеньковых бактерий, усиливающих азот- фиксацию. Впервые такой препарат (нитрагин) был получен в 1896 году Ф.Ноббе и Л.Гильтнером. В препарате содержалась смесь культур клубеньковых бактерий наиболее распростра­ненных видов бобовых.

Уже создано более 30 высокоэффективных штаммов клу­беньковых бактерий. Применяют три вида нитрагина: почвен­ный нитрагин, сухой нитрагин, ризоторфин. Наиболее эффек­тивен ризоторфин, используемый для инокуляции - обработ­ки перед посевом семян бобовых растений. Ризоторфин - это чистая культура клубеньковых бактерий, поддерживаемых в активном состоянии на специально подготовленном торфяном материале - носителе. В одном грамме ризоторфина содер­жится не менее 1 млрд. клеток медленно развивающихся бак­терий, применяемых для бактеризации семян гороха, вики, сои, люцерны и других культур. Ризоторфин усиливает обра­зование клубеньков, улучшает азотное питание бобовых рас­тений, повышает устойчивость к заболеваниям, оказывает по­ложительное влияние на плодородие и структуру почвы.

Каждой бобовой культуре соответствует своя группа бак­терий. Например, бактерии клевера не влияют на горох. При­менение ризоторфина дает эффект на всех бобовых культу­рах, особенно на сое и люцерне. Средние прибавки составля­ют 9-10 ц/га сена многолетних бобовых трав, 2-3 ц/га зерна и 30-60 ц/га зеленой массы гороха.

Ризоторфин не только повышает урожай, но и улучшает его качество за счет увеличения содержания протеина. Так, дополнительный сбор протеина составляет для сои - 160- 540 кг/га, гороха - 50-220 кг/га, люцерны - 100-300 кг/га.

Большой интерес, как отмечалось, вызывает недавно от­крытое явление так называемой ассоциативной азотфиксации, когда бактерии живут не в клубеньках бобовых культур, а на поверхности корней, в том числе и таких как пшеница, куку­руза, рожь, сорго, просо, многие технические культуры и кор­мовые травы. Процесс азотфиксации у бактерий, обитающих на корнях небобовых растений, идет слабее, чем у клубенько­вых, однако по данным Института растениеводства России, урожайность картофеля и кормового сорго при внесении ассо­циативных азотфиксаторов возрастает до 15%.

В азотфиксирующих системах очень важен и второй ком­понент - само высшее растение. Необходимо вести селекцию на его способность лучше использовать биологический азот. Так выявлены формы растений с активностью азотфиксации в 2-2,5 раза выше, чем у контрольных сортов.

Азотфиксирующие бажтерии вызывают у многих растений ответную реакцию: начинают усиленно вырабатывать аскор­биновую кислоту и каротин, что способствует повышению ка­чества урожая.

Основные симбиотические свойства клубеньковых бакте­рий заключены в особых структурах - плазмидах, способных переходить из клеток одних видов бактерий в клетки других. Это открывает широкие возможности для генной инженерии, переноса плазмид в другие почвенные микроорганизмы и на их основе конструировать штаммы с заранее заданными свой­ствами.

Нитрогенезная активность азотфиксирующих бактерий кон­тролируется нифопероном включающим 17-18 отдельных ге­нов. Недавно появилось сообщение об успешном переносе нифоперона из клубеньковых бактерий в геном сои. Такие ра­стения способны фиксировать атмосферный азот и не нужда­ются в азотных удобрениях. Перенос кластера генов, контро­лирующих фиксацию атмосферного азота в геном растений, особенно зерновых и технических культур принципиально из­менил бы экологическую ситуацию.

Большой интерес представляет получение путем гибриди­зации таких штаммов азотфиксирующих бактерий, которые оказались бы в состоянии вступать в симбиотическую связь с зерновыми и техническими культурами.

Интересные данные при изучении экологического эффек­та от применения азотфиксаторов получены в УкрНИИ сель­скохозяйственной микробиологии. Использование симбиоти- ческих азотфиксаторов под бобовые культуры позволило до­полнительно накопить азота до 53 кг/га, а ассоциативных - 10-15 кг/га. Препараты, применяемые для обработки семян перед посевом, позволяют за счет повышения фиксации ат­мосферного азота увеличить урожайность на 15-20% и более.