Конские бобы в Польше решили опрыскивать азотфиксирующими бактериями по листу в дополнение к обработке семян. Для листовой обработки ученые использовали специальные штаммы, которые колонизируют не корни, а надземную часть растения.
Бобы конские - одна из самых популярных бобовых культур, выращиваемых в Польше. Семена являются источником растительного белка, чаще всего используемого в производстве кормов.
Европейский союз (ЕС) на протяжении многих лет заставляет государства-члены увеличивать площади под бобовыми культурами. Основной целью продвижения бобовых является диверсификация источников как потребительского, так и кормового белка, который в настоящее время в основном импортируется. Высокое содержание белка в бобовых культурах является одним из основных факторов, определяющих экономическую значимость этих культур. Среди всех культур бобовые содержат больше всего белка, который имеет высокую биологическую ценность. В зависимости от вида и условий выращивания эта величина колеблется от 20 до 42%; для сравнения, в зерновых культурах содержание не превышает 18%.
Конские бобы (Vicia faba L. var. minor), также известные как кормовые бобы или садовые бобы, устойчивы к холоду и хорошо растут в прохладных и влажных регионах, что делает их очень привлекательными бобовыми культурами в холодном климате, где соевые бобы не будут хорошо расти и давать хороший урожай.
В глобальном масштабе конские бобы выращиваются в основном в Китае, Европе, северной части Африки, странах Западной Азии и Австралии. В 2023 году их глобальная площадь возделывания составила около 2,8 млн га, а производство сухих семян превысило 6 млн тонн. Мировое производство семян конских бобов можно считать стабильным в течение последних нескольких лет.
По данным Евростата, в Европейском союзе в 2022 году конские бобы выращивались на 436 000 гектарах, из которых 33 000 гектаров находились в Польше. В 2019 году средняя урожайность в Европейском союзе составила 2,90 т на гектар, а в Польше было собрано 2,30 т с гектара сухих конских бобов.
Данные о производстве зернобобовых культур в 2014–2018 годах в ЕС показывают, что производство конских бобов, составляющее около 1,8 млн тонн, является третьей по величине культивируемой бобовой культурой после сои и сухого гороха. В Европейском союзе семена конских бобов в основном используются в качестве корма. Экспорт за пределы ЕС осуществляется в основном на два рынка: Египет в качестве продовольствия и Норвегия в качестве корма для рыб.
Большим преимуществом бобовых является их способность к симбиозу с бактериями, фиксирующими атмосферный азот. Обнаружение микроорганизмов, фиксирующих азот, и лучшее понимание процесса биологической фиксации азота (Biological Nitrogen Fixation, BNF) привело к созданию множества биопрепаратов по всему миру. Еще в 1895 году на рынок в Соединенных Штатах был выведен инокулянт для семян, полученный из штаммов Rhizobium. Сегодня используется ряд биопрепаратов, содержащих бактерии, фиксирующие азот, которые демонстрируют полезные эффекты в повышении урожайности, а также в снижении производственных затрат.
BNF позволяет бобовым фиксировать значительные объемы атмосферного азота, что способствует минимизации использования синтетических азотных удобрений и улучшает состояние почвы и биоразнообразие. По оценкам, от 139 до 170 миллионов тонн N ежегодно поступают в глобальный азотный цикл, и около 70–80% поступает в результате процесса фиксации азота симбиотическими бактериями.
Хотя бактерии Rhizobium обычно естественным образом встречаются в польских почвах, обычной практикой является предпосевная инокуляция семян.
Каждый вид бобовых сосуществует со строго отобранными бобовыми бактериями, в то время как конские бобы поддерживают симбиоз с бактерией Rhizobium leguminosarum bv. viceae. За счет выращивания конских бобов в течение одного вегетационного периода можно внести в почву до 200 кг N на гектар.
К сожалению, количество связанного азота сильно зависит от условий окружающей среды в поле. Одним из популярных агрономических приемов для повышения эффективности процесса BNF является тщательное покрытие семян бактериями. Менее известным способом является опрыскивание листьев растений эндофитными бактериями. Независимо от способа применения азотфиксирующих бактерий, процесс BNF позволяет сократить использование азотных удобрений, тем самым снижая производственные затраты, а также загрязнение окружающей среды.
Биопрепараты на основе штаммов бактерий Methylobacterium symbioticum могут стать новой стратегией. Эти бактерии, в отличие от других фиксаторов атмосферного азота, колонизируют не корневую зону, а надземную часть растений. Действие препарата основано на его проникновении через устьица в ткани растений, вблизи фотосинтезирующих тканей. Он обеспечивает растение запасом азота на каждой стадии роста. Симбиотическая активность была продемонстрирована не только для бобовых, но и для очень широкого спектра видов. Первые исследования были проведены на зерновой кукурузе и рисе, а также виноградной лозе. Симбиоз также был продемонстрирован со злаковыми культурами, рапсом, картофелем и сахарной свеклой, а также со многими овощными или плодовыми культурами.
Из-за низкой популярности выращивания бобовых в Польше, в почвах не так много бактерий Rhizobium, особенно когда бобовая культура не присутствует регулярно в севообороте.
Поэтому важно инокулировать семена или, как представлено в исследовании Института агроэкологии и растениеводства Вроцлавского университета наук об окружающей среде и жизни, искать другие штаммы азотфиксирующих бактерий, например, те, которые применяются путем опрыскивания листьев. Прилагаются усилия по поиску наилучших методов бактериального внесения, чтобы урожайность семян местных польских бобовых, представленных в этом исследовании конскими бобами, была стабильной и удовлетворительной не только по количеству, но и по качеству. Это стало непосредственной предпосылкой для научной работы по этой теме.
Основной целью данного исследования было определение влияния применения препаратов, содержащих разнообразные бактерии, фиксирующие атмосферный азот, на урожайность семян конских бобов и содержание в них белка.
Полевые эксперименты и лабораторные анализы семян проводились исследователями в 2022 и 2023 годах для оценки влияния применения азотфиксирующих бактерий на урожайность и качество семян сорта бобов конских с низким содержанием танина.
Фактор тестировался на четырех уровнях: контроль, инокуляция семян Rhizobium leguminosarum bv. viceae, опрыскивание листьев Methylobacterium symbioticum и инокуляция семян и опрыскивание (двойное применение).
Применение азотфиксирующих бактерий в целом оказало положительное влияние на урожайность конских бобов. В 2022 году растения наиболее эффективно отреагировали на двойное внесение, увеличив урожайность семян на 25,4%, тогда как в 2023 году самая высокая урожайность семян была получена после инокуляции (увеличение на 12,3%). Хотя однократное внесение бактерий привело к снижению содержания белка в семенах, двойное внесение (инокуляция и опрыскивание) значительно увеличило содержание белка в семенах.
Урожайностью семян и в среднем увеличилась на 41,7% в 2022 году и 14,9% в 2023 году по сравнению с участками контроля, где не применялись азотфиксирующие бактерии. Эта работа показывает, что можно использовать различные штаммы азотфиксирующих бактерий при выращивании конских бобов, и это может значительно повысить урожайность, одновременно снижая потребность в синтетических азотных удобрениях, что поддерживает устойчивое производство.
По статье группы авторов (Магдалена Серафин-Анджеевска, Агнешка Фалькевич, Веслав Войцеховский, Марцин Козак), опубликованной в журнале Agriculture 2025 на портале www.mdpi.com.
Заглавное фото: Медведева Анна, AgroXXI.ru.