Роль ризосферных микроорганизмов в стимуляции роста и развития нута и биологическом контроле его корневых болезней в условиях засоления

Аннотация

Актуальность и востребованность темы диссертации. В последние годы почвенное засоление стало одной из наиболее острых глобальных проблем сельского хозяйства во всём мире. Особенно это касается стран с засушливым и полузасушливым климатом. Так в мире примерно 955 млн гектар являются засоленными1, из которых приблизительно третья часть считается засоленной ионами Na’.2 Засоление способствует быстрой деградации сельскохозяйственных угодий. Причиной этого является то, что многие сельскохозяйственные культуры не могут нормально расти в засоленных почвах, потому что нарушаются устоявшиеся микробиоценозы и почва становится практически безжизненной. Одним из действенных подходов для решения данной проблемы является селекция и внедрение солеустойчивых растительно-микробных симбиозов на проблемных землях. Лучше всего для этого подходят бобовые культуры, в частности нут. Однако нут очень чувствителен к засолению почвы. В зависимости от концентрации солей в почве значительно снижается количество всходов, растения становятся низкорослыми со слабо развитой корневой системой, значительно снижается иммунитет, что в итоге приводит к заболеваниям и гибели растения. Засоление почвы практически нарушает симбиотические взаимоотношения между бобовыми культурами и ризобиями. В результате снижается образование клубеньков, фиксация атмосферного азота и нитрогеназная активность. В частности погибают многие штаммы клубеньковых бактерий, что мешает формированию эффективных симбиозов. Кроме того, большую проблему представляют фитопатогснныс грибы, вызывающие корневые болезни нута. В отдельные годы они приводят к значительным потерям урожая и к снижению его качества. Известно, что некоторые микроорганизмы способны подавлять рост фитопатогенных грибов за счёт таких свойств, как, продуцирование гидролитических ферментов, сидерофоров, HCN и др. Одними из самых эффективных в этом отношении микроорганизмов являются некоторые представители рода Pseudomonas, которые также способствуют снижению различных стрессов у растений, тем самым повышая их устойчивость к неблагоприятным биотическим и абиотическим факторам окружающей среды. Однако до сих пор не ясно, какую именно роль могут играть данные бактерии в ризобиально-бобовом симбиозе, а также не достаточно изучено их влияние на нут в условиях засоленных почв. В связи с этим поиск эффективных солеустойчивых штаммов клубеньковых бактерий и псевдомонад, изучение их влияния на нут в условиях засоления и создание на их основе конкурентоспособных биопрепаратов для улучшения роста и развития нута, а также борьбы с его корневыми болезнями в условиях засоленных почв является актуальной задачей. Данное диссертационное исследование в определенной степени служит выполнению задач, предусмотренных в постановлении № 142 Кабинета Министров Республики Узбекистан от 27 мая 2013 года «О программе действий по охране окружающей среды Республики Узбекистан на 2013-2017 годы», а также в других нормативно-правовых документах, принятых в данной сфере. Целью исследования является создание эффективного биопрепарата на основе ростстимулирующих ризосферных микроорганизмов для повышения урожайности нута в условиях засоления. Научная новизна исследования заключается в следующем: из клубеньков и ризосферы нута, выращенного в засоленных почвах, выделены ростстимулирующие штаммы бактерий, относящиеся к родам Pseudomonas и Mesorhizobium, которые методом определения последовательности нуклеотидного состава 16S рРНК отнесены соответственно к Pseudomonas chlororaphis - 66 и Mesorhizobium ciceri - 4; получены рифампицин-рсзистснтные штаммы этих бактерий, благодаря которым удалось определить их колонизирующие способности в корневой системе нута; впервые установлено, что Р. chlororaphis-66 способствует активному клубенькообразованию у нута, а также повышает его иммунитет, продуктивность и устойчивость к фитопатогенным грибам; изучены различные свойства штаммов М. ciceri-4 и Р. chlororaphis-66, влияющие на рост и развитие нута, а также факторы, отвечающие за биологический контроль фитопатогенных грибов, вызывающих корневые болезни нута; впервые установлено, что различные сорта нута синтезируют экссудаты различной природы (сахара, кислоты, аминокислоты) в различных количествах и секретируют их через корневую систему; путём фракционирования корневых экссудатов на колонке с ионообменной смолой Dowex, получены 3 фракции: катионная (гистидин, аргинин, лизин, цистеин, серин, глицин, аспарагиновая кислота, лейцин, изолейцин и аланин), анионная (глюконовая, галактоновая и маннуроновая кислоты), нейтральная (глюкоза, галактоза, арабиноза, ксилоза и рибоза); определено, что аттрагирующая способность отдельных фракций (зоны аттракции (см): катионная-1,0; анионная-0,6; нсйтральная-0,8) ниже, чем суммарная (зона аттракции - 2,8 см). Смесь катионной и нейтральной фракций обладает более высокой аттрагирующей способностью, чем смесь катионной и анионной и смесь анионной и нейтральной фракций; впервые на основе отобранных штаммов Pseudomonas chlororaphis-66 и Mesorhizobium ciceri-4 разработан новый биопрепарат «Псевдоризобин». ЗАКЛЮЧЕНИЕ На основе проведённых исследований по докторской диссертации на тему «Роль ризосферных микроорганизмов в стимуляции роста и развития нута и биологическом контроле его корневых болезней в условиях засоления» представлены следующие выводы: 1. Из ризосферы и клубеньков нута выделены и отобраны методом скрининга солеустойчивыс штаммы бактерий родов Pseudomonas и Mesorhizobium, способные усиливать рост и развитие нута в условиях засоления. 2. Изучены морфолого-культуральные и физиолого-биохимические свойства бактерий. С помощью 16S рРНК анализа отобранные штаммы были идентифицированы как Pseudomonas chlororaphis-66 и Mesorhizobium ciceri-4 и зарегистрированы в GcnBank под номерами КХО12005 и КХО 12006, соответственно. 3. Определены оптимальные условия культивирования выделенных штаммов Pseudomonas chlororaphis-66 и Mesorhizobium ciceri-4 и их способность расти при концентрации NaCl 4%. Оптимальной температурой выращивания штамма Pseudomonas chlororaphis-66 является 34°С, для Mesorhizobium ciceri-4 - 30°С. Оптимальное значение pH для роста штамма Pseudomonas chlororaphis-66 - 6,2-7,5, для Mesorhizobium ciceri-4 - 6,0-7,5. 4. Установлено, что штаммы Pseudomonas chlororaphis-66 и Mesorhizobium ciceri-4 благодаря синтезу ИУК и АЦК-дсаминазы, растворению нерастворимых фосфатов, нитрогеназной активности, выживаемости бактерий на корнях нута, а также солеустойчивости, способствуют усилению роста, развития и повышению урожайности солсустойчивых сортов нута в условиях засоления. 5. Изучены антифунгальные свойства штаммов Pseudomonas chlororaphis-bb и Mesorhizobium ciceri-4 по отношению к фитопатогенным грибам F. oxysporum f. sp. ciceris, F. verticillioides, F. oxysporum f. sp. vasinfectum, R. solani, F. solani, A. alternata, вызывающим корневые болезни нута. 6. Исследован количественный и качественный состав корневых экссудатов на ранних стадиях вегетации нута. Установлено, что основными компонентами корневых экссудатов различных сортов нута являются аминокислоты, сахарные кислоты и сахара, количество и соотношение которых имеет сортоспецифичный характер. Экзомстаболиты (гистидин, глюконовая кислота и глюкоза) являются основным фактором, способствующим колонизации корней вносимыми полезными бактериями и определяют устойчивость растения к внешним стрессовым условиям (засоление, заболеваемость), а также косвенно способствуют повышению урожайности нута. 7. Впервые на основе местных солеустойчивых штаммов бактерий Pseudomonas chlororaphis-66 и Mesorhizobium ciceri-4 создан эффективный микробиологический препарат «Псевдоризобин», предназначенный для предпосевной обработки семян нута. «Псевдоризобин» способствует значительному улучшению роста и развития нута, повышает его урожайность, а также защищает от фузариозного вилта в условиях почвенного засоления средней степени. 8. Разработана биотехнология получения биопрепарата «Псевдоризобин», которая включает в себя получение биогумуса из навоза крупного рогатого скота при помощи смеси червей «Гибрид красного калифорнийского червя» и Ташкентской популяции кольчатых навозных червей (50/50), дальнейшую модификацию биогумуса добавлением мелассы, гумата калия, минеральных солей и КМЦ в качестве прилипателя, стерилизацию биогумуса и культивирование в нём штаммов Pseudomonas chlororaphis-66 и Mesorhizobium ciceri-4 при оптимальной температуре и pH для достижения максимального титра бактерий. Регламент апробирован в условиях ООО «Био-ўғит» и ООО «Mangit Mineral» с положительным эффектом. Разработаны, утверждены и выпущены практические рекомендации по использованию биопрепарата «Псевдоризобин» при выращивании нута. 9. Проведена оценка эффективности биопрепарата «Псевдоризобин» в увеличении урожайности нута. Показано, что в условиях естественного почвенного засоления, после инокуляции семян нута биопрепаратом, урожай нута сортов <.<Xalima» и «Uzbekiston-32» увеличился на 21,9%, а у сорта «CIEW-45» - на 22%. Проведена оценка биологической эффективности биопрепарата «Псевдоризобин» против фузариозного вилта нута, которая составила 83,3%.