Бактериальные удобрения

Стало известно, что симбиоз с азотфиксирующими микроорганизмами наблюдается не только у бобовых растений, но и у злаков, сложноцветных и др. Причем роль бактерий-симбионтов не ограничивается только фиксацией атмосферного азота, они еще и синтезируют физиологически активные вещества, стимулирующие рост и развитие растения-хозяина (ауксины, гиббереллины, витамины, антибиотики). Микроорганизмы участвуют в сложных биохимических процессах, протекающих в почве. Они являются основой получения бактериальных удобрений.

Исследователи искали пути заражения почвы клубеньковыми бактериями. Широко практикуемый прием заражения почвы землей с участков, где возделывались соответствующие бобовые растения, давал положительные результаты, но был связан с рядом затруднений. Поэтому исследования были направлены на изыскания возможностей применения клубеньковых бактерий в чистом виде. В 1897 году Ф. Ноббе и Л. Гильтнер выпустили бактериальный препарат нитрагин, представляющий собой культуру клубеньковых бактерий на желатине. Разведенным в воде препаратом обрабатывали семена бобовых. Впоследствии препараты нитрагина были предложены многими исследователями. Стали создавать лаборатории и заводы по производству бактериальных удобрений. В мировой практике сельского хозяйства используется несколько десятков разновидностей бактериальных удобрений, которые выпускаются в самых разнообразных формах. Наиболее удачна сухая отличающаяся простотой применения и хорошей транспортабельностью.

Производством бактериальных удобрений - инокулянтов - за рубежом занимаются свыше 30 фирм. Крупнейшие страны-производители - США и Австралия. В США шесть фирм ежегодно выпускают до 20 млн порций/га, обеспечивая свою потребность в этих препаратах и экспортируя избытки в Англию и страны Латинской Америки. Большое применение нашли препараты клубеньковых бактерий в странах СЭВ. Так, в Венгрии ежегодный выпуск инокулянтов составляет 80 тыс. порций/га. Эффективность на сое в среднем по стране высокая. В Румынии ежегодно производится около 250 тыс. порций/га для собственной потребности и экспорта в другие страны. Прибавка зерна от нитрагинизации сои - 10 ц/га, или 50%; фасоли - 2 … 3 ц/га, или 22 … 25%; гороха - 2 … 7 ц/га, или 11 … 35%.

Широкое применение в сельском хозяйстве нашел ризоторфин - наиболее эффективное бактериальное удобрение. Это чистая культура клубеньковых бактерий, поддерживаемых в активном состоянии на специально подготовленном торфяном материале-носителе (разработан ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии в г. Пушкине под Ленинградом). По своей действенности он превосходит все зарубежные образцы. Усиливает образование клубеньков, улучшает азотное питание бобовых растений, повышает устойчивость их к заболеваниям, оказывает положительное влияние на плодородие и структуру почвы. Производство ризоторфина достигло свыше 4 млн порций/га. Это пылевидный порошок торфа, в котором размножены высокоэффективные штаммы клубеньковых бактерий. Применение ризоторфина высокоэффективно для всех бобовых культур, особенно для сои, люпина, люцерны. Средние прибавки составляют 9... 10 ц/га сена многолетних бобовых трав, 2... 3 и/га зерна и 30... 60 ц/га зеленой массы гороха и люпина. В новых районах возделывания сои применение ризоторфина повышает урожайность семян на 6 ц/га. Ризоторфин не только способствует росту урожая, но и улучшает его качество - повышает содержание протеина. Так, дополнительный сбор протеина составляет для сои 160... 540 кг, гороха - 50... 220, люпина - 240... 300, люцерны - 200... 300 кг с каждого гектара.

Большой интерес вызывает недавно открытое явление так называемой ассоциативной азотфиксации, когда бактерии живут не в клубеньках бобовых культур, а на поверхности корней, в том числе таких важнейших растений, как злаковые (пшеница, рис, кукуруза, рожь, сорго, просо), многие кормовые травы, технические и другие культуры. Процесс азотфиксации у небобовых растений идет хотя и слабее, тем не менее имеет важное значение, так как этими растениями засеваются огромные площади. По данным Всесоюзного института растениеводства, урожай тимофеевки, картофеля, кормового сорго возрастал на 15% при внесении ассоциативных азотфиксаторов. Эти микроорганизмы обладают комплексом полезных свойств. Кроме фиксации азота воздуха, они продуцируют ростовые вещества, повышают коэффициент использования азота минеральных удобрений, положительно влияют на репродуктивные органы растений.

Одним из основных условий эффективности бактериальных удобрений является подбор для их производства штаммов, способных к высокой азотфиксации в различных экстремальных условиях. В нашей стране создана коллекция из 500 отобранных штаммов. В ней представлены штаммы клубеньковых бактерий всех бобовых культур, полученные в основном методом аналитической селекции. Коллекция находится во ВНИИСХ микробиологии, где выделены и испытаны эффективные штаммы ассоциативных азотфиксаторов. О большом признании коллекции свидетельствуют включение 150 штаммов в Международный каталог. Коллекция Rhizobium есть в Дании, 536 штаммов насчитывает одна из крупнейших в мире коллекций Великобритании, хранящаяся на Ротамстедской опытной станции. Станция поставляет высокоэффективные штаммы клубеньковых бактерий во многие страны мира. Получению эффективных штаммов большое внимание уделяет ФАО.

В дальнейшей селекционной работе с азотфиксирующими микроорганизмами необходимо учитывать, что основные симбиотические свойства клубеньковых бактерий заключены в особых структурах - плазмидах, способных переходить из клеток одних видов бактерий в клетки других. Открываются широкие возможности для генной инженерии, переноса плазмид в другие почвенные микроорганизмы и на этой основе конструировать штаммы с заранее заданными полезными свойствами.

Заключение

Клубеньковые бактерии используются для промышленного производства нитрагина, применяемого для обработки семян бобовых растений. Они впервые обнаружены М.С. Ворониным в 1866 г. Позже М.В. Бейеринком (1888) они были выделены в чистой культуре и подробно изучены микробиологами и физиологами. Бактерии попадают в корни бобовых растений через корневой волосок и проникают во внутренние покровы корня, в паренхиму, вызывая усиленное деление и разрастание клеток. На корнях образуются уродливые наросты, называемые желваками, или клубеньками. Вначале бактерии усваивают питательные вещества растения и несколько тормозят его рост. Затем по мере разрастания ткани клубенька между бактериями и высшими растениями устанавливается симбиоз. Бактерии получают от растения углеродистую пищу (сахара) и минеральные вещества, а взамен предоставляют ему азотистые соединения.

Клубеньковые бактерии поселяются в почве, размножаются и через отверстия в корневых волосках бобовых растений проникают в корневые клетки. В клетках происходит усиленное размножение клубеньковых бактерий и параллельно идет интенсивное деление корневых клеток, инфицированных клубеньковыми бактериями.

Клубеньковые бактерии снабжают бобовое растение азотом. Растение использует этот связанный азот и в свою очередь доставляет клубеньковым бактериям необходимые им углеродсодержащие органические вещества. В качестве источника углерода клубеньковые бактерии могут использовать различные сахара, спирты.

Помимо клубеньковых бактерий, в почве живут и другие микроорганизмы, способные усваивать свободный азот воздуха; они обитают не на корнях растений, а вблизи них. Все остальные питательные вещества, необходимые этим микробам, они усваивают самостоятельно, а не за счет соков растения, как это присуще клубеньковым растениям. Важнейшим из живущих в почве микроорганизмов, способных усваивать азот атмосферы, является азотобактер. Эти бактерии могут жить при благоприятных условиях влажности, хорошем притоке воздуха, подходящих температуре и кислотности почвы. Требования азотобактера к тепловому режиму и влажности почвы примерно такие же, как и требования культурных растений, но к кислотности почвы он чувствительнее, чем большинство растений.