Уровень колонизации растений грибами арбускулярной микоризы в степи Крыма в различных условиях доступности водных ресурсов



В экспедиции по степи Крыма был определен уровень колонизации корней культурных и дикорастущих растений грибами арбускулярной микоризы. Для исследования выбраны виды интенсивно образующие микоризу. Определено, что частота встречаемости микоризной колонизации изменялась от 0 до 96,2 %. В целом при продолжении полива из местных источников подземных и надземных вод и благодаря нормальным гидротермическим условиям 2016 года отличия в частоте встречаемости микоризации корней растений были вызваны видовым составом исследуемых популяций. Очень низкая частота встречаемости отмечена в вариантах с неправильной агротехникой и организацией орошения, а также болезнями растений.

Ключевые слова: грибы арбускулярной микоризы, колонизация, почвы степи Крыма, орошение

Введение в эксплуатацию Северо-Крымского канала (СКК) в 1964 году привело к увеличению поливных земель до 400 тыс. га (максимальная загрузка в 80-е годы), введению в эксплуатацию ранее неиспользованных земель северного Крыма, повышению уровня грунтовых вод и засолению некоторых агроландшафтов. После остановки подачи воды в русло СКК многие поливные культуры (рис, соя, кукуруза и др.) были выведены из севооборотов, и заменены на более засухоустойчивые (подсолнечник, сорго, рапс и др.). Некоторые сельхозпроизводители, выращивающие овощные и садовые культуры, перешли на орошение водных ресурсов местного стока и подземных источников с различным уровнем солености. Это может приведет к изменениям водного и солевого баланса почв полуострова, что коснется всех экосистем и ее компонентов, в том числе и микробиоты.

Грибы, особенно микроскопические, наверное, самые недооцененные и наименее исследованные организмы [9]. Грибы арбускулярной микоризы (АМ) являются экологически облигатными симбионтами 80 % видов наземных растений [13]. Применение грибов АМ в сельскохозяйственной практике способствует увеличению поступления питательных веществ из почвы в растения, что нередко приводит к увеличению работы фотосинтетического аппарата и азотфиксирующей активности [5, 10, 12]. Ранее исследователями нашего Института было проведена оценка степени микоризации культурных и дикорастущих растений в Крыму и на Юге Украины [3]. Поэтому целью исследований было определить распространение грибов АМ и уровень их колонизации растений в различных условиях доступности водных ресурсов.

Материалы иметоды исследований. Окрашивание корней растений проводили с помощью чернил [16], а количественный учет микоризной колонизации по Trouvelot et al. [14] микрокопированием. Статистическую обработку проводили методом ошибки средней по Доспехову [2].

Результаты иобсуждение. Экспедиция проведена в августе 2016 г. по участкам, где подведены каналы СКК и по которым ранее осуществляли полив из вод Днепра (рис. 1).

Рис. 1. Карта Крыма с системой СКК и расположением бывших поливных полей [6], а также участков для проведения данных исследований: зеленый — с. Клепинино, синий — с. Петровка, серый — с. Ближнее, фиолетовый — с. Червоное, оранжевый — с. Елизаветово, желтый — с. Курганное, красный — с. Ручьи

Отобраны образцы почв и корней растений для проведения исследований. При выборе участков отбора выбирались поля, где ранее полив осуществляли из вод СКК, а растительный материал по принципу наибольшего сродства к микоризации. Участки:

1. Чернозем южный среднемощный тяжелосуглинистый, Красногвардейский район с. Петровка, Яблоня Malus domestica 10-летний сад, разнотравье междурядий, полив: капельное орошение, задерненные междурядья и культивированные ряды.
2. Чернозем южный среднемощный тяжелосуглинистый, Красногвардейский район с. Клепинино, Сорго зерновое Sórghum bicólor, богара, участок в непосредственной близости к целине, агротехника полная.
3. Чернозем южный среднемощный тяжелосуглинистый, Красногвардейский район с. Клепинино, Лен Línum sp., Мятлик Poa sp., Тысячелистник Achilléa sp., Овсяница валли́сская (Типчак) Festúca valesiáca, Пырей Elytrígia, целина.
4. Чернозем южный среднемощный тяжелосуглинистый турбированный, Красногвардейский район с. Ближнее, Черешня Prúnus ávium 10-летний сад, участок с постоянным пересаживанием деревьев, разнотравье междурядий, полив капельное орошение, задерненные междурядья и культивированные ряды.
5. Лугово-черноземная почва среднемощная тяжелосуглинистая, Красногвардейский район с. Ближнее, Черешня Prúnus ávium 10-летний сад, низина участок с наилучшим развитием деревьев, разнотравье междурядий, полив капельное орошение, задерненные междурядья и культивированные ряды.
6. Чернозем южный маломощный тяжелосуглинистый, Красногвардейский район с. Ближнее, Черешня Prúnus ávium 10-летний сад, участок с хлорозными деревьями, разнотравье междурядий, полив капельное орошение, задерненные междурядья и культивированные ряды.
7. Чернозем южный маломощный глинистый, Сакский район с. Червонное, Перец болгарский Cápsicum ánnuum, полив капельное орошение, источник воды подземный, агротехника полная.
8. Чернозем южный маломощный глинистый, Сакский район с. Червонное, Лук репчатый Állium cépa, полив дождеванием, источник воды подземный, агротехника полная.
9. Чернозем южный маломощный глинистый, Сакский район с. Червонное, Укроп пахучий Anethum graveolens, полив дождевание, источник воды подземный, агротехника полная.
10. Чернозем южный слабогумусоакумулятивный, Сакский район с. Елизаветово, Эспарцет Onobrychis viciifolia, Пшеница озимая Triticum aestivum, бинарный посев, no-till технология в течении 10 лет, полива нет с 2000 г.
11. Чернозем южный слабогумусоакумулятивный, Сакский район с. Елизаветово, Кукуруза Zéa máys, no-till технология в течении 9 лет, полива нет с 2000 г.
12. Темно-каштановая почва слабогумусоакумулятивная, Красноперекопский район с. Курганное, Кориандр посевной Coriándrum sátivum, Люцерна посевная Medicago sativa, бодяк полевой Cirsium arvense, рисовый чек, агротехника полная, полива нет с 2014 г.
13. Темно-каштановая почва слабогумусоакумулятивная, Красноперекопский район с. Ручьи, Подсолнечник Heliánthus ánnuus, рисовый чек, агротехника полная, полива нет с 2014 г.
14. Темно-каштановая почва слабогумусоакумулятивная, Красноперекопский район с. Ручьи, Морковь Daucus sativus, полив капельное орошение, агротехника полная.

По характеристикам участков для исследований видно, что на участках № 12 и 13 до 2014 года был рисовый севооборот в специализированных чеках площадью по 3–3,5 га с заливным типом выращивания. Полив здесь прекращен и восстановлен в ближайшем будущем не будет. Участки № 7, 10–15, 20 поля, на которых изменили источник орошения (реки Крыма и водные скважины). № 16, 17 — участки с нулевой обработкой почвы в течении 9–10 лет, где ранее также был полив из СКК, но землепользователи отказались от полива по технологическим причинам в 1999–2000 гг. Участок № 2 и № 3 взяты в исследования как контрольные, здесь полив никогда не применялся.

В 2016 году контрольные участки имели частоту встречаемости грибов АМ в корнях растений выше среднего: 49,2–73,2 % (рис. 3). Отличия в степени микоризации в этих вариантах скорее всего были обусловлены различными этапами развития: молодые растения сорго в сравнении со зрелыми растениями разнотравья целины.

Рис. 2. Развитие микоризной колонизации в корнях растений (полевые отборы, 2016 г.). Примечания: +Р — разнотравье в посевах и посадках сельхозкультур, РЧ — рисовый чек, П — пересаживаемая черешня, АР — активный рост

В рисовых севооборотах микориза во время роста риса не образуется или образуется в небольшом количестве [11, 15]. Грибы АМ при таком виде растениеводства сохраняют свою жизнеспособность и колонизируют последующие культуры в рисовом севообороте, чем обеспечивают существование популяции. Это подтверждается данным исследованием при изучении микоризации кориандра (учет после уборки культуры) с частотой встречаемости 56,8 % интенсивностью колонизации 15,2 % и подсолнечника 85,7 % и 10,5 % соответственно, а также высокопроизводительным секвенированием в затопленных посевах риса [17].

Низкая встречаемость микоризной колонизации обусловлена как видом растений (яблоня 19,2 %), так и фазой их развития (укроп 34,2 %, учет после уборки урожая). Также отмечено влияние заболеваний (черешня с хлорозом), где уровень колонизации снизился в 4,0 и более раз по сравнению со здоровыми растениями. При выращивании перца болгарского была неправильно подобрана технология выращивания, при которой проходило подтапливание корней и микориза не образовалась. Наибольшую частоту встречаемости и интенсивность микоризации выявлено у лука 96,2 % и 74,6 % соответственно. Лук используется как растение-накопитель в бинарных способах культивирования грибов АМ и в лабораторных опытах, и при производстве биопрепаратов на их основе [8].

Также необходимо отметить что 2016 год был достаточно влажным, поэтому растения в богарных условиях хорошо развивались и образовывали симбиоз с грибами АМ [1].

Таким образом, выявлено что изменение источника орошения не влияет на популяцию грибов АМ, при ее наличии она интенсивно колонизирует корни растений с частотой встречаемости 14,4–96,2 % и интенсивностью колонизации 7,8–74,9 %. В целом при продолжении полива из местных источников подземных и надземных вод и благодаря нормальным гидротермическим условиям 2016 года отличия в частоте встречаемости микоризации корней растений были вызваны различными их видами. Очень низкая частота встречаемости отмечена в вариантах с неправильной агротехникой и организацией орошения, а также болезнями растений.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 16–34–00548 мол_а

Литература:

1. Декадный агрометеорологический бюллетень по территории Республики Крым за 2016 год / Региональный центр по гидрометеорологии в РК. — Симферополь, 2016. — не опубликовано.
2. Доспехов Б. А. Методика полевого опыта — М.: Агропромиздат, 1985. — 352 с.
3. Косенко Н. М., Андрєєва Н. О., Патика В. П. Ендомікоризні гриби у ґрунтах півдня України // Землеробство. — 1994. — № 70. — С. 91–95.
4. Лабутова Н. М. Методы исследования арбускулярных микоризных грибов — СПб.: Инновационный центр защиты растений ВИЗР, 2000. — 24 с.
5. Лабутова Н. М., Левина Р. Л. Влияние способа инокуляции на формирование тройного симбиоза и продуктивность сои // Аграрный вестник Урала. — № 2 (81). — 2011. — С 6–8.
6. Хитров Н. Б., Роговнева Л. В., Дунаева Е. А., Попович В. Ф., Паштецкий В. С., Клименко О. Е. Постирригационное состояние пахотных почв степного Крыма // Таврический вестник аграрной науки. — 2016. — № 1(5). — С. 91–100.
7. Becerra A., Bartoloni N., Cofré N., Soteras F., Cabello M. Arbuscular mycorrhizal fungi in saline soils: Vertical distribution at different soil depth // Braz J Microbiol. — 2014. — Vol. 45(2). — P. 585–594.
8. Dalpе Y., Monreal М. Arbuscular mycorrhiza inoculum to support sustainable cropping systems // Crop Management. — doi:10.1094/CM-2004–0301–09-RV. — 2004. — [Электронный ресурс]. — Режим доступа: www.plantmanagementnetwork.org/pub/cm/review/2004/amfungi/.
9. Dighton J. Fungi in Ecosystem Processes / N.Y.: Marcel Dekker, 2003. — 432 p.
10. Jakobsen I., Rosendahl L. Carbon flow into soil and external hyphae from roots of mycorrhizal cucumber plants // New Phytologist. — 1990. — Vol. 115. — P. 77–83.
11. Lumini E., Vallino M., Alguacil M. M., Romani M., Bianciotto V. Different farming and water regimes in Italian rice fields affect arbuscular mycorrhizal fungal soil communities / Ecol. Appl. — 2011. — Vol. 21(5). — P. 1696–1707.
12. Rillig M. C., Allen M. F. What is the role of Arbuscular mycorrhizal fungi in plant-to-ecosystem responses to elevated atmospheric CO2? // Mycorrhiza. — 1999. — Vol. 9. — P. 1–8.
13. Smith S. E., Read D. J. Mycorrhizal symbiosis [3 ed.] / London: Academic Press. — 2008. — 815 р.
14. Trouvelot A., Kough J. L., Gianinazzi-Pearson V. et al. Mesure du taux de mycorhization VA d’un systeme radiculaire. Recherche de methodes d’estimation ayant une signification fonctionnelle // Physiological and genetical aspects of mycorrhizae; eds. Gianinazzi-Pearson V., Gianinazzi S. — Paris: INRA, 1986. — P. 217–221.
15. Vallino M., Greppi D., Novero M., Bonfante P., Lupotto E. Rice root colonisation by mycorrhizal and endophytic fungi in aerobic soil // Ann. Appl. Biol. — Vol. 154. — 2009. — P. 195–204.
16. Vierheilig H., Coughlan A. P., Wyss U., Piche Y. Ink and Vinegar, a Simple Staining Technique for Arbuscular-Mycorrhizal Fungi // Applied and Environ. Microbiol. American Society for Microbiology. — 1998. — Vol. 64(12). — P. 5004–5007.
17. Wanga Y., Lia T., Lia Y., Olof Björna L., Rosendahl S., Axel Olssonc P., Lia S., Fu X. Community Dynamics of Arbuscular Mycorrhizal Fungi in High-Input and Intensively Irrigated Rice Cultivation Systems // Appl. Environ. Microbiol. — 2015. –Vol. 81 (8). — P. 2958–2965.