Применение ассоциативных ризобактерий (PGPR) при выращивании капустных растений

Российский Государственный  Педагогический Университет им. А.И. Герцена

Факультет биологии

Кафедра  Ботаники

 

 

 

 

Курсовая работа

Применение ассоциативных  ризобактерий (PGPR) при выращивании капустных растений.

 

 

 

                                                                                                 Выполнила:

                                                                                              Студентка 3 курса 2 группы

                                                                                                   Никотина Алина Дмитриевна

 

                                                                                                                Научный руководитель:

                                                                                                            Лебедев Виталий Николаевич

 

 

                                                

 

                                               Санкт-Петербург

                                                          2011

 

Содержание

1. Введение
2. Рапс яровой. Горчица черная.
3. Ассоциативные ризобактерии (PGPR)
4. Бактреиальные препараты на основе PGPR
5. Заключение

 

Введение

В настоящее время в  целях повышения продуктивности сельскохозяйственных растений большое  внимание уделяется использованию  биопрепаратов, изготовляемых на основе ассоциативных азотфиксирующих  штаммов бактерий. Применение их, как показывают многочисленные исследования (М.М. Умаров, 1986; А.П. Кожемяков, 1997; A.A. Завалин, 2005; И.А. Тихонович и др., 2005), позволяет усилить ростовые процессы, улучшить минеральное питание растений, особенно азотом, защитить их от патогенов и снизить химическую нагрузку на окружающую среду и уменьшить действие стрессовых условий. Механический же перенос положительных результатов их применения с одних видов и даже сортов растений на другие мало приемлем, нередко приводит к различного рода заблуждениям и даже дискредитации этого агроприема. Поэтому для установления эффективного бактериальнорастительного взаимодействия необходим тщательный подбор сорта и штамма, позволяющий наиболее полно реализовать потенциал продуктивности горчицы белой. Вместе с тем, широких специальных исследований по выявлению эффективности штаммов ассоциативных ризобактерий в посевах горчицы белой не проводилось.

 

 

1. Рапс яровой. Горчица черная.

Рапс — однолетнее растение семейства капустных. Корневая система стержневая, хорошо развита, проникает в почву на глубину до 1,8 м. Стебель прямой, ветвящийся, покрыт восковым налетом, высотой до 1,6 м. Листья нижние — черешковые, верхние — сидячие, с восковым налетом. Соцветие — кисть из 20—40 крупных золотисто-белых цветков. Рапс завязывает семена, как при самоопылении, так и при перекрестном опылении. Плод — многосемянный, вытянутый, узкий стручок. При созревании растрескивается. Семена шаровидные, черной или темно-коричневой окраски. Масса 1000 шт. 4–7 г.

Рапс яровой — растение длинного дня. Семена прорастают при температуре1 - 3°С. При оптимальной влажности почвы, температуре воздуха 13 - 15 °С и глубине посева 1,5 - 2,5 см всходы появляются на 4 - 5-й день. Они переносят заморозки минус 3 - 5 °С, а взрослые растения — минус 8 °С. После кратковременных похолодании осенью с наступлением теплых дней рапс возобновляет вегетацию и может быть использован на корм до глубокой осени. Сумма активных температур, необходимая для формирования урожая: семян — 1800 - 2100 °С, зеленой массы — 700 - 800 °С. С появлением всходов рост и развитие рапса ярового проходит с различной интенсивностью. В первый период вегетации он растет медленно. Продолжительность периода всходы — начало бутонизации составляет 22 -39 дней в зависимости от обеспеченности влагой и теплом. Дальнейшее развитие и рост рапса происходит более быстрыми темпами, идет интенсивный прирост вегетативной массы. Период от бутонизации до цветения составляет 10 - 15 дней, цветение продолжается 20 - 25 дней, формирование семян – 30 - 40 дней. Вегетационный период в зависимости от сорта рапса составляет 100 - 130 дней.

При летних сроках посева (июнь—июль) растения ярового рапса вегетируют в условиях укороченного светового дня. При этом развитие растений задерживается, а рост вегетативной массы увеличивается. В связи с этим такие посевы дают высокие урожаи зеленой массы в сентябре—октябре, когда основные кормовые культуры убраны.

Рапс предъявляет высокие требования к питательным веществам. Он отзывчив на внесение удобрений, особенно азотных. С урожаем 20 ц семян с 1 га растения выносят из почвы до 110 кг азота, 60 — фосфора, 100 кг калия. Рапс имеет хорошо развитую корневую систему. Основная масса его корней размещается на глубине 25—45 см. Это влаголюбивое растение. Наибольшая потребность во влаге отмечается в период цветения и налива семян. Лучшие почвы характеризуются большим запасом питательных веществ, нейтральной или слабощелочной реакцией. Песчаные и супесчаные почвы для рапса малопригодны из-за недостаточного количества влаги. Он не переносит кислых и заболоченных почв. Очень сырые почвы с близким залеганием грунтовых вод совершенно непригодны, так как корни растений на них загнивают.

Яровой рапс — культура универсального типа использования. Сорта с низким содержанием эруковой кислоты и глюкозинолатов пригодны для получения масла на пищевые цели, жмыхов и шротов на корм животным. При переработке таких сортов на масло выход жмыхов (шротов) составляет 50 - 56 %, в них содержится 30—35 % белка, они хорошо сбалансированы по аминокислотному составу. Рапсовый шрот превосходит подсолнечниковый, но содержанию лизина на 33%, цистина в 2,1 раза. В 1 кг такого шрота содержится 0,91 корм. ед. и 318 г переваримого протеина (или на 1 корм. ед. приходится 350 г протеина), в 1 кг жмыха соответственно 1,1 - 1,2 корм. ед. и 277 г (или на 1 корм. ед. приходится 230-250 г протеина). При урожайности семян 20 ц/га с 1 га можно получить 8 ц. масла и 12 ц. жмыха.

Одна тонна рапсового шрота (жмыха) позволяет сбалансировать по белку 7-8 т зернофуража (овес, ячмень), при  этом содержание переваримого протеина в 1 корм. ед. повышается с 81 до 110 г.

Яровой рапс выращивают и для  получения высокобелковых зеленых  кормов как в основных, так и в промежуточных посевах. Особенно высока питательность зеленой массы рапса при летних поукосных и пожнивных посевах. В растениях содержится 18,86 - 23,68% протеина, в 1 кг сухого вещества - 0,98 - 1,02 корм. ед., или на 1 корм. ед. приходится 153 - 189 г переваримого протеина.

 

Горчица черная - однолетнее травянистое растение с беловатым прямым довольно толстым корнем. Стебель покрыт редкими волосками, листья зеленые, черешковые, нижние - шаровидные с более крупными яйцевидными или продолговатыми, неравномерно надрезанными зубчатыми непарными долями; верхние - ланцетные, цельнокрайние. Цветки мелкие желтые. Чашечка четырехлистная, лепестков 4, тычинок 6, из которых 2 короче остальных. Лепестки с отгибом, внезапно суживающимся в ноготок, который длиннее отгиба. Плоды - стручки с очень тонким, коротким носиком, обычно прижатым к цветоносу. Семена несколько мельче, чем у сарепской горчицы, красно-бурого цвета, с ямчатостью на поверхности.

Распространена в европейской части России (Нижневолжский, Средневолжский районы), Крыму, на Кавказе (Южно-Закавказский район). Общее распространение: Средняя и Южная Европа, Северная Африка, Абиссиния, МалаяАзия,  Афганистан, Индия.

Лекарственным сырьем являются семена. Обезжиренный жмых плодов горчицы носит название горчичного порошка. В семенах содержится гликозидсинигрин, который под влиянием фермента мирозина разлагается на горчичное масло, сульфат калия и глюкозу. Горчичное эфирное масло состоит из аллилгорчичного (40%), кротонилгорчичного масла и следов сероводорода. Горчица обладает бактерицидным, отхаркивающим эффектом, стимулирует деятельность сердечно-сосудистой системы и желудочно-кишечного тракта. Столовая горчица возбуждает аппетит. Из порошка обезжиренных семян делают горчичники и столовую горчицу. Горчичники приготавливают, смазывая бумагу каучуковым клеем и обсыпая ее порошком горчицы. В медицинской практике широко используется порошок семян горчицы в виде горчичников, горчичных ванн, как средство отвлекающее, вызывающее перераспределение крови.

Горчичники используют для лечения бронхитов, воспаления легких, плевритов, миозитов, невритов, гипертонической болезни, 
радикулитов, ревматизма, накладывая их на болевые участки. 
Для рефлекторного воздействия на функцию кровообращения (при гипертонических кризах, угрожающем инсульте, стенокардии) 
горчичники прикладывают на груда, на область затылка и икроножных мышц, на область сердца и прочие. Широко используют горчичники при невралгиях, мышечных болях, накладывая их на болевые зоны. 

 

3. Ассоциативные ризобактерии (PGPR)

 

Использование в практике сельского хозяйства биологических  препаратов,  созданных на основе азотфиксирующих микроорганизмов и ризобактерий, стимулирующих рост растений (plant growth-promoting rhizobacteria — PGPR-бактерий), является одним из технологических приемов, способствующих повышению урожая культурных растений и накоплению в почве биологического азота. Перспективны также двух-, трех- и четырехкомпонентные микробные препараты, включающие клубеньковые бактерии, ризобактерии, микоризные грибы и биологически активные вещества.

PGPR-бактерии характеризуются рядом положительных (прямых и опосредованных) эффектов действия на растения, среди которых определяющими являются способность к фиксации молекулярного азота атмосферы, синтез веществ гормональной природы, а именно, ауксиновой, гиббереллиновой, цитокининовой, витаминов, веществ антибиотической и антифунгальной природы, способность к мобилизации труднорастворимых фосфатов почвы и разложению вредных химических соединений.

Многие микроорганизмы, ассоциированные  с растениями, способны синтезировать вещества фитогормональной природы, необходимые им как для собственного развития, так и для установления связей с растениями и другими почвенными микроорганизмами. Образование гормонов одно из важных свойств ризосферных, эпифитных и симбиотических бактерий, стимулирующих рост растений .

Ризобактерии, синтезирующие ИУК из триптофана через индолил-3-ПВК и индолил-3-уксусный альдегид, принадлежат к родам Azotobacter, Azospirillum, Enterobacter, Klebsiella и др. Эпифитная и ризосферная микрофлора растений играет первостепенную роль в превращении триптофана, содержащегося в корневых экссудатах, в ИУК. На питательной среде без триптофана микроорганизмы характеризуются невысоким уровнем продукции ИУК, при внесении экзогенного триптофана выход фитогормона увеличивается в десятки раз и составляет у наиболее активных штаммов-продуцентов 80—100 мкг ИУК/мл культуральной среды. Самые высокоэффективные продуценты ауксинов встречаются среди микроорганизмов, обитающих в ризосфере и филлосфере растений. Максимальное количество ИУК образуют бактерии в стационарной фазе роста, а ионы аммония и глутамин ингибируют биосинтез ИУК.

В растениях ИУК связывается  с сахарами, аминокислотами, белками, образуя запасные (неактивные) формы, из которых фитогормон высвобождается при необходимости. Инактивация и метаболизация ИУК происходят с помощью ИУК- или полифенолоксидазы. ИУК-оксидазные функции выполняют определенные молекулярные изоформы пероксидазы.

Из ризосферной почвы пшеницы выделены изоляты и проведен ихскрининг по способности к синтезу ауксинов in vitro. Показана различная ауксинобразующая активность изолятов, которые синтезировали данный гормон в количествах от 1,1 до 12,1 мг/л. Обогащение культуральной среды триптофаном приводило к увеличению продукции гормона от 1,8 до 24,8 мг/л. В культуральных фильтратах обнаружены основные вещества ауксиновой природы, а именно, ИУК и индоацетамид.

При инокуляции проростков пшеницы ризобактериями отмечено стимулирование роста корней в длину (до 17,3 %), массы сухого вещества (до 13,5 %), удлинение проростков и накопление их массы (соответственно до 37,7 и 36,3 %). Между синтезом ауксинов in vitro и увеличением ростовых параметров проростков установлена линейная положительная корреляция. На основании показателей биосинтеза ауксинов и ростовой активности изоляты определены как РGPR-бактерии. При постановке опытов с растениями пшеницы в стерильной и нестерильной почве отмечено различие биосинтеза ауксинов, на основании чего авторы сделали вывод о преимуществе селективных РGPR-бактерий над местной микрофлорой и возможности использования теста на биосинтез ауксинов как инструмента для отбора эффективных РGPR-штаммов .

Из культуральных экстрактов Azospirillum brasilense выделено ауксиноподобное вещество (фенилуксусная кислота), синтез которого бактериями происходит с участием индол-3-пируватдекарбоксилазы, ранее идентифицированной у азоспирилл как ключевой фермент в биосинтезе ИУК. Установлено, что при выращивании бактерий на минимальной среде роста биосинтез фенилуксусной кислоты происходит только при наличии фенилаланина или его предшественников. Это предполагает наиболее вероятный путь синтеза ауксиноподобного вещества (фенилуксусной кислоты) у Azospirillum brasilense через дезаминирование фенилаланина, декарбоксилирование фенилпирувата и последующее окисление фенилацетальдегида .

Образование гиббереллинов  свойственно эпифитным и ризосферным бактериям — представителям родов Azotobacter, Azospirillum, Pseudomonas, Bacillus, Flavobacterium, Clostridium, Agrobacterium. Инокуляция диазотрофными бактериями рода Azospirillum карликового риса, неспособного

синтезировать гиббереллины, существенно стимулировала рост растений. Данный эффект связан со способностью бактерий метаболизировать экзогенно добавленную ГК20 в биологически активную форму ГК1.

Цитокинины образуются ризобактериями, принадлежащими к родам Azotobacter, Azospirillum, Pseudomonas, Bacillus и др.. Микроорганизмы способны синтезировать кинетин, зеатин, изопентениладенин