doi: 10.15389/agrobiology.2025.5.rus
УДК 579.64:579.262:582.736
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект РНФ № 20-76-10042-П).
СИМБИОТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РИЗОБИАЛЬНЫХ
ШТАММОВ Mesorhizobium spp. НА ЭСПАРЦЕТЕ ПЕСЧАНОМ
Onobrychis arenaria (Kit.) DC. В УСЛОВИЯХ
МИКРОВЕГЕТАЦИОННОГО ОПЫТА
П.В. ГУРО✉, И.Г. КУЗНЕЦОВА, А.Л. САЗАНОВА, Э.А. СЕКСТЕ,
О.С. ЮЗИХИН, Н.Ю. ТИХОМИРОВА, А.А. БЕЛИМОВ,
В.И. САФРОНОВА, Д.С. КАРЛОВ
Эспарцет песчаный Onobrychis arenaria (Kit.) DC. представляет особый интерес как перспективная кормовая культура для возделывания в северных регионах России благодаря своей зимостойкости, высоким кормовым качествам и способности к азотфиксации через симбиоз с ризобиальными бактериями. Эспарцет способен формировать эффективный симбиоз с широким кругом ризобий, что делает его уникальным объектом для изучения растительно-микробных взаимодействий. В настоящей работе впервые выявлена значительная вариабельность симбиотической эффективности штаммов рода Mesorhizobium, выделенных из дикорастущих бобовых в различных географических регионах, при формировании азотфиксирующего симбиоза с эспарцетом песчаным (Onobrychis arenaria (Kit.) DC). Установлено, что штаммы северного происхождения демонстрируют повышенную азотфиксирующую активность и положительное влияние на рост растений в микровегетационных условиях. Полученные результаты позволяют рекомендовать ряд штаммов в качестве перспективных инокулянтов для возделывания эспарцета в экстремальных агроклиматических условиях северных регионов России. Нашей целью было изучение симбиотического потенциала штаммов Mesorhizobium, выделенных из дикорастущих бобовых (Astragalus, Oxytropis, Hedysarum, Trifolium) разного географического происхождения, формировать азотфиксирующий симбиоз с культурным бобовым эспарцетом песчаным Onobrychis arenaria (Kit.) DC. в условиях микровегетационного опыта для отбора наиболее перспективных ризобиальных изолятов. Работу проводили в ФГБНУ Всероссийский НИИ сельскохозяйственной микробиологии в 2025 году. Для проведения микровегетационного опыта использовали семена эспарцета песчаного и 19 коллекционных бактериальных штаммов рода Mesorhizobium. Штаммы Mesorhizobium, отобранные из Сетевой биоресурсной коллекции в области генетических технологий для сельского хозяйства (ФГБНУ ВНИИСХМ, г. Санкт-Петербург), были выделены из клубеньков различных видов дикорастущих бобовых Hedysarum, Astragalus, Oxytropis и Trifolium, произрастающих на Камчатке, в арктических и центральных регионах России, в центральной части УССР, а также из популяции культурного бобового O. arenaria (Алтай) и Onobrychis sp. (Армения). Семена проращивали на фильтровальной бумаге в стерильных чашках Петри при 25 °C в темноте в течение 4 сут. Проростки культивировали в стерильных пластиковых стаканах (1000 мл) с 70 г вермикулита. В каждый стакан, содержащий по 5 проростков, вносили суспензии индивидуальных бактериальных штаммов (106 клеток/мл) в объеме 10 мл. В качестве отрицательного контроля использовали неинокулированные растения. Культивирование растений осуществляли в климатической камере (MLR-352H, «PHCbi», Сингапур) при 18-23 °C в течение 30 сут. По завершении культивирования сырую биомассу взвешивали и подсчитывали образовавшиеся клубеньки. Азотфиксирующую активность клубеньков определяли ацетиленовым методом с использованием газового хроматографа GC-2014 («Shimadzu», Япония). Показана способность всех исследованных штаммов формировать клубеньки на корнях эспарцета, однако их симбиотическая эффективность значительно варьировала. Наибольшую азотфиксирующую активность продемонстрировали штаммы северного происхождения: Mesorhizobium sp. 650 (Камчатка), M. norvegicum 20/1-4 (Якутия) и Mesorhizobium sp. RCAM03942 (Таймыр), тогда как камчатский штамм Mesorhizobium sp. 708 достоверно (p < 0,05) увеличивал массу корней и общую сырую биомассу растений по сравнению с контрольной группой. Высокая нодуляционная способность не всегда коррелировала с азотфиксирующей активностью. Так, штамм RCAM2915, несмотря на низкую азотфиксацию, значительно влиял на продуктивность растений, что может быть связано с дополнительными механизмами стимуляции роста. На основании комплексной оценки симбиотической эффективности таймырский штамм RCAM03942, якутский штамм 20/1-4, а также камчатские штаммы 650 и 708 рекомендованы для дальнейшего изучения как перспективные инокулянты эспарцета с целью возделывания этой ценной кормовой культуры в условиях северных регионов России.
Ключевые слова: эспарцет песчаный, Onobrychis arenaria (Kit.) DC., Mesorhizobium spp., бобово-ризобиальный симбиоз.
P.V. Guro✉, I.G. Kuznetsova, A.L. Sazanova, E.A. Sekste,
O.S. Yuzikhin,
N.Yu. Tikhomirova, A.A. Belimov, V.I. Safronova,
D.S. Karlov
Onobrychis arenaria (Kit.) DC. is of particular interest as a promising forage crop for cultivation in the northern regions of Russia due to its winter hardiness, high forage quality, and ability to fix nitrogen through symbiosis with rhizobial bacteria. Sainfoin is capable of forming effective symbiotic relationships with a wide range of rhizobia, making it a unique model for studying plant-microbe interactions. In this study, we for the first time revealed significant variability in the symbiotic efficiency of Mesorhizobium strains isolated from wild legumes across various geographic regions in forming nitrogen-fixing symbiosis with sand sainfoin (Onobrychis arenaria). It was established that strains of northern origin exhibited increased nitrogen-fixing activity and a positive effect on plant growth under microvegetation conditions. The results obtained allow us to recommend several strains as promising inoculants for sainfoin cultivation under the extreme agroclimatic conditions of northern Russia. The aim of this work was to study the symbiotic potential of Mesorhizobium strains isolated from wild legumes (Astragalus, Oxytropis, Hedysarum, Trifolium) of different geographic origins to form nitrogen-fixing symbiosis with the cultivated forage legume Onobrychis arenaria under microvegetation conditions, in order to select the most promising rhizobial isolates. The study was conducted at the All-Russian Research Institute of Agricultural Microbiology in 2025. For the microvegetation experiment, seeds of sand sainfoin and 19 collection bacterial strains of the genus Mesorhizobium were used. The Mesorhizobium strains, obtained from the Russian Collection of Agricultural Microorganisms (All-Russia Research Institute for Agricultural Microbiology, St. Petersburg), were isolated from nodules of various wild legumes (Hedysarum, Astragalus, Oxytropis, and Trifolium) growing in Kamchatka, Arctic and central regions of Russia, the central part of the Ukrainian SSR, as well as from populations of cultivated sainfoin (O. arenaria, Altai) and Onobrychis sp. (Armenia). Seeds were germinated on filter paper in sterile Petri dishes at 25 °C in darkness for 4 days. Seedlings were grown in sterile plastic pots (1000 ml) containing 70 g of vermiculite. Each pot with 5 seedlings was inoculated with a 10 ml suspension of an individual bacterial strain (106 cells/ml). Non-inoculated plants served as negative controls. Plants were cultivated in a climate chamber (MLR-352H, PHCbi, Singapore) at 18-23 °C for 30 days. After cultivation, fresh biomass was weighed and the number of nodules was counted. Nitrogen-fixing activity of nodules was determined by the acetylene reduction assay using a GC-2014 gas chromatograph (Shimadzu, Japan). All tested strains were capable of forming nodules on sainfoin roots, but their symbiotic efficiency varied considerably. The highest nitrogen-fixing activity was demonstrated by strains of northern origin: Mesorhizobium sp. 650 (Kamchatka peninsula), M. norvegicum 20/1-4 (Yakutia), and Mesorhizobium sp. RCAM03942 (Taimyr peninsula), whereas the Kamchatka strain Mesorhizobium sp. 708 significantly (p < 0.05) increased root mass and overall fresh biomass compared to the control. High nodulation ability did not always correlate with nitrogen-fixing activity. For example, strain RCAM2915, despite low nitrogen fixation, had a notable positive effect on plant productivity, which may be associated with additional growth-stimulating mechanisms. Based on a comprehensive assessment of symbiotic efficiency, the Taimyr strain RCAM03942, the Yakutia strain 20/1-4, and the Kamchatka strains 650 and 708 are recommended for further study as promising inoculants for sainfoin with the aim of cultivating this valuable forage crop in northern regions of Russia.
Keywords: Onobrychis arenaria (Kit.) DC., sand sainfoin, Mesorhizobium spp., legume-rhizobial symbiosis.
ФГБНУ Всероссийский НИИ сельскохозяйственной |
Поступила в редакцию Принята к публикации |
