doi: 10.15389/agrobiology.2025.5.rus
УДК 579.64:579.262:582.736
Работа проводилась с использованием оборудования ЦКП «Геномные технологии, протеомика и клеточная биология» ФГБНУ ВНИИСХМ.Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект РНФ № 20-76-10042-П).
СИМБИОТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ АРКТИЧЕСКИХ ШТАМ-МОВ РИЗОБИЙ НА ГОРОШКЕ (Vicia L.), КОПЕЕЧНИКЕ (Hedysarum L.), АСТРАГАЛЕ (Astragalus L.) И ОСТРОЛОДОЧНИКЕ (Oxytropis DC.) В ВЕГЕТАЦИОННОМ ОПЫТЕ
И.Г. КУЗНЕЦОВА✉, П.В. ГУРО, А.Л. САЗАНОВА, Э.А. СЕКСТЕ, О.С. ЮЗИХИН, Н.Ю. ТИХОМИРОВА, А.А. БЕЛИМОВ, В.И. САФРОНОВА, Д.C. КАРЛОВ
Растительно-микробные взаимоотношения, в частности бобово-ризобиальный симбиоз, играют одну из ключевых ролей в развитии сельского хозяйства. Особую значимость эта роль приобретает при создании устойчивого земледелия на арктических территориях России в экстремальных почвенно-климатических условиях. Изучение таксономического разнообразия арктических ризобий и их симбиотической активности в отношении различных видов бобовых растений позволяет определить хозяйскую специфичность штаммов и выявить наиболее эффективные азотфиксаторы, адаптированные к северным условиям. В настоящей работе впервые в условиях вегетационных опытов показана симбиотическая эффективность арктических штаммов Rhizobium beringeri P8/5-2, Rhizobium sp. 20-1/1, Mesorhizobium norvegicum 20/1-4 и Mesorhizobium sp. 9-4/1 и 25-2/1 на клубеньковых кормовых растениях Vicia sativa и V. cracca, а также на дикорастущих бобовых Hedysarum arcticum, Astragalus frigidus и Oxytropis adamsiana. Целью работы было изучение способности ранее селектированных арктических ризобиальных штаммов Rhizobium и Mesorhizobium из порядка Hyphomicrobiales формировать азотфиксирующий симбиоз с кормовыми викой посевной (Vicia sativa L.)и викой мышиной (V. cracca L.) и дикорастущими арктическими бобовыми копеечником арктическим (Hedysarum arcticum B. Fedtsch), астрагалом холодным (Astragalus frigidus (L.) A. Gray) иостролодочникомАдамса(Oxytropis adamsiana (Trautv.) Jurtzev) в условиях вегетационного опыта по кросс-нодуляции. Работу проводили в лаборатории ФГБНУ ВНИИСХМ (г. Санкт-Петербург) в 2024 году. Семена дикорастущих популяций бобовых растений V. cracca, H. arcticum, O. adamsiana и A. frigidus были собраны на о. Самойловский и о. Тит-Ары в 2021 году.Семена кормовой раннеспелой вики посевной (яровой) сорта Приобская 25 были приобретены у агрофирмы «Аэлита» (Россия). Штаммы Rhizobium beringeri P8/5-2 (RCAM06326), Rhizobium sp. 20-1/1 (RCAM05664), Mesorhizobium norvegicum 20/1-4 (RCAM05519), Meso-rhizobium sp. 9-4/1 (RCAM06350) и 25-2/1 (RCAM06353) были предоставлены Сетевой биоресурсной коллекцией в области генетических технологий для сельского хозяйства (ФГБНУ ВНИИСХМ, г. Санкт-Петербург). Они были выделены из клубеньков арктических бобовых Lat-hyrus pratensis, V. cracca, H. arcticum, A. frigidus и O. taimyrensis. Растения V. sativa и V. cracca культивировали в пластиковых контейнерах объемом 2 л, содержащих 2 кг стерильного песка. Растения H. arcticum, O. adamsiana и A. frigidus выращивали в пластиковых стаканах объемом 200 мл, содержащих 300 г стерильного песка. Контейнеры, содержащие по 7-8 проростков, и стаканы с 3 проростками, инокулировали суспензиями индивидуальных штаммов в количестве 106 клеток на сосуд. Положительным контролем для Vicia служил коммерческий штамм R. leguminosarum bv. viciae RCAM0626. Неинокулированные растения были использованы в качестве отрицательного контроля. Растения выращивали в климатической камере MLR-352H («PHCbi», Япония). После окончания культивирования сырую биомассу побегов и корней взвешивали и считали число образовавшихся клубеньков. Азотфиксирующую активность клубеньков определяли ацетиленовым методом с помощью газового хроматографа GC-2014 («Shimadzu», Япония). Показана способность штамма R. beringeri P8/5-2 образовывать эффективный симбиоз с кормовыми бобовыми V. sativa и V. cracca, а после инокуляции дикорастущих арктических видов A. frigidus, O. adamsiana и H. arcticum, несмотря на отсутствие клубеньков, этот штамм приводил к достоверно более высоким значениям общей сырой массы растений в сравнении с отрицательным контролем. Штамм M. norvegicum 20/1-4 образовал эффективный симбиоз с H. arcticum, O. adamsiana и A. frigidus, однако после инокуляции этих видов бобовых штаммом Mesorhizobium sp. 9-4/1 симбиоз был наиболее эффективным. Так, прибавка общей массы растений A. frigidus составила от 13 до 37 %, O. adamsiana — от 32 до 174 %, тогда как H. arcticum — от 48 до 72 % в сравнении с остальными вариантами. При инокуляции растения-хозяина V. cracca штаммом Rhizobium sp. 20-1/1 симбиоз был эффективным,показав более высокие значения общей биомассы (прибавка составила 39 %), числа клубеньков и азотфиксирующей активности по сравнению с коммерческим штаммом R. leguminosarum bv. viciae RCAM0626. Таким образом, арктические штаммы Rhizobium sp. 20-1/1 и Mesorhizobium sp.9-4/1 перспективны для дальнейших испытаний в условиях полевых опытов с целью создания на их основе высокоэффективных микробных препаратов для использования в северных регионах России при возделывании кормового бобового растения V. cracca и дикорастущих пастбищных бобовых, представителей родов Hedysarum, Оxytropis и Astragalus, как компонентов высокопродуктивных многолетних пастбищных и сенокосных сеяных лугов.
Ключевые слова: Арктический регион, Vicia, Astragalus, Hedysarum, Oxytropis, бобово-ризобиальный симбиоз, азотфиксирующие клубеньковые бактерии.
I.G. Kuznetsova✉, P.V. Guro, А.L. Sazanova, E.A. Sekste, O.S. Yuzikhin, N.Yu. Tikhomirova, А.А. Belimov, V.I. Safronova, D.S. Karlov
Plant-microbe relationships, and in particular the legume-rhizobia symbiosis, play a key role in the development of agriculture. This role is of particular importance for the development of sustainable agriculture in the Arctic regions of Russia under extreme soil and climatic conditions. The study of the taxonomic diversity of Arctic rhizobia and their symbiotic activity with different legume species allows us to determine the host specificity of strains and to identify the most effective nitrogen fixers adapted to northern conditions. In this work, for the first time, under the conditions of pot experiments, the symbiotic efficiency of the arctic strains Rhizobium beringeri P8/5-2, Rhizobium sp. 20-1/1, Mesorhizobium norvegicum 20/1-4 and Mesorhizobium sp. 9-4/1 and 25-2/1 on the nodule forage plants Vicia sativa and V. cracca, as well as on the wild legumes Hedysarum arcticum, Astragalus frigidus and Oxytropis adamsiana is demonstrated. The aim of the work was to investigate the ability of arctic rhizobial strains Rhizobium and Mesorhizobium of the order Hyphomicrobiales to form nitrogen-fixing symbioses with forage plants (V. sativa and V. cracca) and wild Arctic legumes H. arcticum, A. frigidus and O. adamsiana under the conditions of a pot experiment on cross-nodulation. The work was carried out in FSBSI ARRIAM in 2024. Seeds of wild populations of the legumes V. cracca, H. arcticum, O. adamsiana and A. frigidus were collected during a Russian-German expedition to the Lena River Delta (Arctic zone of the Republic of Sakha (Yakutia)) in 2021. Seeds of fodder V. sativa Priobskaya 25 were purchased from Aelita agricultural company (RF). Arctic strains R. beringeri strains P8/5-2 (RCAM06326), Rhizobium sp. 20-1/1 (RCAM05664), M. norvegicum 20/1-4 (RCAM05519), Mesorhizobium sp. 9-4/1 (RCAM06350) and 25-2/1 (RCAM06353) were provided by the Network Bioresource Collection in the Field of Genetic Technologies for Agriculture (FSBSI ARRIAM, St. Petersburg). They were isolated from nodules of the arctic legumes Lathyrus pratensis, V. cracca, H. arcticum, A. frigidus, and O. taimyrensis. V. sativa and V. cracca plants were grown in 2-liter plastic containers containing 2 kg of sterile sand. H. arcticum, O. adamsiana, and A. frigidus plants were grown in 200-ml plastic beakers containing 300 g of sterile sand. Containers with 7-8 seedlings and beakers with 3 seedlings were inoculated with suspensions of individual strains at a rate of 106 cells per vessel. The commercial strain R. leguminosarum bv. viciae RCAM0626 served as a positive control for Vicia. Uninoculated plants were used as a negative control. Plants were grown in a climate chamber MLR-352H (PHCbi, Japan). After cultivation, the fresh biomass of the shoots and roots was weighed, and the number of formed nodules was counted. The nitrogen-fixing activity of the nodules was determined by the acetylene method using a GC-2014 gas chromatograph (Shimadzu, Japan). The ability of the R. beringeri P8/5-2 strain to form an effective symbiosis with the forage legumes V. sativa and V. cracca was demonstrated. After inoculation with the wild arctic species A. frigidus, O. adamsiana, and H. arcticum, despite the absence of nodules, this strain resulted in significantly higher total fresh mass values of plants compared to the negative control. The M. norvegicum strain 20/1-4 formed an effective symbiosis with H. arcticum, O. adamsiana, and A. frigidus, but after inoculation of these legume species with the strain Mesorhizobium sp., the symbiosis was most effective. Thus, the increase in the total plant weight of A. frigidus ranged from 13 to 37 %, O. adamsiana from 32 to 174 %, while H. arcticum from 48 to 72 % compared to the other variants. When the host plant V. cracca was inoculated with the Rhizobium sp. strain, the symbiosis was effective, showing higher values of total biomass (the increase was 39 %), the number of nodules, and nitrogen-fixing activity compared to the commercial strain R. leguminosarum bv. viciae RCAM0626. Thus, the Arctic strains Rhizobium sp. 20-1/1 and Mesorhizobium sp. 9-4/1 are promising for further testing under field conditions to create highly effective microbial preparations for use in the northern regions of Russia in the cultivation of the forage legume V. cracca and wild pasture legumes of the genera Hedysarum, Oxytropis and Astragalus as components of highly productive perennial pasture and hay sown meadows.
Keywords: Arctic region, Vicia, Astragalus, Hedysarum, Oxytropis, legume-rhizobium symbiosis, nitrogen-fixing nodule bacteria.
ФГБНУ Всероссийский НИИ сельскохозяйственной al.sazanova@arriam.ru, sekste_edgar@mail.ru, os.yuzikhin@arriam.ru, ny.tikhomirova@arriam.ru, belimov@arriam.ru, vi.safronova@arriam.ru, ds.karlov@arriam.ru |
Поступилавредакцию 24 апреля 2025 года |
