Роль биоты в обеспечении азотом злаковых культур

Сегодня мне бы хотелось поднять тему обеспечения азотом. Достаточно широко известно о симбионтном питании бобовых, но ассоциативное обеспечение азотом злаковых остается малоизвестным в агрономической среде.

Обеспечение азотом остается проблемой номер один и в XXI веке.  Это обусловлено тем, что средняя величина урожаев определяется главным образом степенью обеспеченности

растений азотом и  большими выносами азота урожаями, потерями его из почвы вследствие вымывания, эрозии, улетучивания, слабым или почти полным отсутствием последействия азотных удобрений и, наконец, дефицитом и дороговизной минерального азота, потерями его  при транспортировке.

Решение проблемы азота за счет только минеральных удобрений представляется невозможным  -  недостающая потребность сельскохозяйственных культур должна быть покрыта «…за счет увеличения других источников прихода азота, главным образом азота биологического».

Способностью усваивать атмосферный азот обладают диазотрофы – свободноживущие и симбиотические азотфиксирующие бактерии. В настоящее время описано 2 рода архебактерий, 38 родов бактерий и 29 родов цианобактерий, обладающих азотфиксирующей активностью. Все разнообразие бактерий – азотфиксаторов в агрономическом плане можно разделить на четыре большие группы:                     1. Клубеньковые (симбиотические) бактерии бобовых растений рода Rhizobium, инфицирующие корни бобовых с образованием на них клубеньков и живущих в симбиозе с высшим растением,                                                                                                                                         2. Несимбиотические (свободноживущие) бактерии, обитающие в почве (аэробные и анаэробные фиксаторы азота) и азотфиксаторы, обитающие на поверхности почвы – сине-зеленые водоросли, цианобактерии,                                                                                                  3. Ассоциативные азотфиксаторы рода Azospirillum и др., живущие главным образом за счет корневых выделений.

Среди микроорганизмов, осуществляющих процесс азотфиксации, наиболее изучены бактерии рода Rhizobium, которые живут в симбиозе с бобовыми культурами, и ассоциативные азотфиксирующие бактерии родов Azospirillum, Azotobacter, Beijerinckia, Clostridium, некоторые актиномицеты (род Frankia) и цианобактерии .

Отличительной особенностью вышеперечисленных бактерий является наличие одинакового ферментного комплекса – нитрогеназы, который выступает катализатором процесса азотфиксации.                                                                                                                               Среди сельскохозяйственных культур наиболее изучена ассоциативная фиксация азота в ризоплане сахарного тростника, пшеницы, ржи, ячменя, кукурузы, сорго, овсяницы луговой, ежи сборной, овощных культур.                                                                                                     В качестве активных ассоциативных азотфиксаторов к настоящему времени выделено и описано свыше 46 родов микроорганизмов – диазотрофов, объединяющих 16 семейств, включая представителей разных таксономических групп хемотрофов и фототрофов, аэробов и анаэробов. Активные штаммы ассоциативных азотфиксаторов относятся к родам Azospirillum, Azotobacter, Alcaligenes, Arthrobacter, Acinetobacter, Bacillus, Beijerinckia, Clostridium, Corynebacterium, Derxia, Enterobacter, Erwinia, Flavobacterium, Klebsiella, Mycobacterium, Pseudomonas, Rhodospirillum, Serratia, Xantobacter и некоторые другие. Этот список ассоциативных азотфиксаторов не окончательный и непрерывно пополняется по мере изучения новых представителей микроорганизмов.                                                                                                                                        4.Ассоциативные  - эндофитные микроорганизмы. Эндофитными могут называться бактерии, которые способны колонизировать внутренние ткани растения, не оказывая отрицательного влияния на его развитие и не вызывая заболеваний. Установлено, что эндофитные микроорганизмы, существующие внутри растения, включая надземную, подземную части и семена, и благотворно влияющие на их развитие, используют внутреннюю среду растений (эндосферу) в качестве уникальной экологической ниши, защищающей их от изменений внешней среды. Эндофитные бактерии обычно колонизируют межклеточные пространства, могут быть выделены из растений относящихся как к классу однодольных, так и двудольных  -  были изолированы 853 штамма бактериальных эндофитов, которые относились к 15 родам: Agrobacterium, Bacillus, Bradyrhizobium, Cellulomonas, Clavibacter, Corynebacterium, Enterobacter, Erwinia, Escherichia, Klebsiella, Microbacterium, Micrococcus, Pseudomonas,Rothia и Xanthomonas .   Масштабы ассоциативной азотфиксации в зоне умеренного климата достигают 20-50–150 кг/га молекулярного азота за вегетационный период, в тропических широтах – от 170 до 600 кг/га молекулярного азота в год.    

Условия, влияющие на ассоциативную азотфиксацию

Ассоциативные диазотрофы требуют для своей жизнедеятельности определенных условий внешней среды, и их активность зависит от того, насколько экологические факторы конкретного местообитания отвечают этим требованиям. Остановимся лишь на нескольких примерах: температура  - значительное замедление азотфиксации отмечается при температуре воздуха ниже 20°С и выше 34°С; реакция почвенной среды - границы реакции почвенного раствора (рНKCL), в которых развиваются ассоциативные диазотрофы, довольно широки, но наиболее  благоприятной для фиксации атмосферного азота является нейтральная или слабокислая реакция почвенной среды –5,8– 7,0;

обеспеченность растений минеральным азотом - внесение минерального азота в дозах, не превышающих физиологическую потребность растений, усиливает азотфиксацию и участие биологического азота в питании растений - дозы  существенно разнятся в зависимости от сельскохозяйственной культуры от 30 до 80 кг/га.

При подготовке поста были использованы литературные источники, находящиеся в открытом доступе:                                                                                                                                                            

АССОЦИАТИВНЫЙ АЗОТ, УРОЖАЙ И УСТОЙЧИВОСТЬ АГРОЭКОСИСТЕМЫ, Алферов А.А., 2020

АССОЦИАТИВНАЯ АЗОТФИКСАЦИЯ И ПРАКТИКА ПРИМЕНЕНИЯ БИОПРЕПАРАТОВ В ПОСЕВАХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР, А. А. Завалин, 2019

ДЕЙСТВИЕ АССОЦИАТИВНЫХ ДИАЗОТРОФОВ НА МИКРОБИОЛОГИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ ПОЧВЫ ПРИ ВОЗДЕЛЫВАНИИ ЗЕРНОВЫХ И ЗЕРНОБОБОВЫХ КУЛЬТУР, Поползухина Н.А. , 2022

 ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ДИАЗОТРОФНОЙ БАКТЕРИЗАЦИИ НА ЯРОВОМ ЯЧМЕНЕ В ЮЖНОЙ ЛЕСОСТЕПИ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ, Стрелецкий А.М.,2022

Буду благодарна за комментарии – интересна ли тема ассоциативного питания зерновых культур? Следует ли мне в последующих постах развить эту тему?