Фізіологія рослин і генетика 2022, том 54, № 3, 233-250, doi: https://doi.org/10.15407/frg2022.03.233

Особливостi формування, функцiонування та ефективнiсть соєво-ризобiальних систем при завчаснiй обробцi насiння фунгiцидами рiзної дiї

Жемойда А.В., Храпова А.В., Омельчук С.В., Береговенко С.К., Комiнарець О.Є.

  • Iнститут фізіології рослин і генетики Національної академії наук України 03022 Київ, вул. Васильківська, 31/17

Вивчення ефективності бобово-ризобіальних систем на фоні використання фунгіцидів дає змогу розглянути не тільки пряму дію протруйників на рослини чи азотфіксувальні мікроорганізми, а й розширює розуміння особливостей фор­мування і функціонування складної взаємодії між макро- і мікросимбіонтами за екзогенних чинників впливу і, як наслідок, допомагає у розробці нових, ефективних елементів технології вирощування бобових культур. У вегетаційних умовах із ґрунтовою культурою ми дослідили особливості формування, функціонування та ефективність соєво-ризобіальних систем за завчасного (за 14 діб до посіву) протруювання насіння препаратами февер і стандак топ та інокуляції у день посіву бульбочковими бактеріями Bradyrhizobium japonicum РС08. Використовували мікробіологічні, фізіологічні та статистичні методи досліджень. З’ясовано, що застосування протруйників февер і стандак топ для обробки посівного матеріалу сприяло збільшенню висоти і вегетативної маси сої порівняно з контрольними рослинами або забезпечувало їх формування на рівні контрольних упродовж вегетаційного періоду. При цьому за впливу на рослини діючих речовин стандак топу фіксували істотніше підвищення досліджуваних показників, ніж у разі застосування феверу. Показано, що тільки у фазу бутонізації февер дещо пригнічував (на 32,3 %) формування кількості кореневих бульбочок, однак не впливав на їхню масу. У фази цвітіння й утворення бобів за використання фунгіцидів кількість і маса кореневих бульбочок були на рівні контролю або перевищували його залежно від хімічного класу протруйника. Протягом онтогенезу рослин сої за завчасного (за 14 діб до посіву) використання фунгіцидів та інокуляції у день посіву B. japonicum РС08 встановлено ефективне функціонування симбіотичного апарату, що сприяло підвищенню зернової продуктивності рослин. За дії феверу і стандак топу врожай зерна сої був більшим порівняно з контрольними рослинами на 6,9 і 10,4 % відповідно. Отже, особливості дії фунгіцидів на формування, функціонування та ефективність соєво-ризобіальних систем визначаються стійкістю штаму до дії протруйника, умовами вирощування рослин, терміном обробки насіння, а також складом застосованого фунгіциду. Отримані нами результати підтвердили можливість використання аналітично селекціонованого фунгіцидостійкого штаму B. japonicum РС08 як біологічної основи бактеріальних добрив під сою для комплексного застосування у виробничих умовах із препарата­ми февер і стандак топ за завчасного протруювання насіння (за 14 діб до посіву).

Ключові слова: Glycine max (L.) Merr, Вradyrhizobium japonicum, февер, стандак топ, бобово-ризобіальний симбіоз, азотфіксація, продуктивність

Фізіологія рослин і генетика
2022, том 54, № 3, 233-250

Повний текст та додаткові матеріали

У вільному доступі: PDF  

Цитована література

1. Ilkiv, L.A. & Stepanus'ko, Ya.V. (2021). Economic aspects of soybean production in Ukraine. Colloquium-journal, 33, No. 120, pp. 6-8 [in Ukrainian]. https://doi.org/ 10.24412/2520-6990-2021-33120-6-8

2. Vyshnivskyi, P.S. & Furman, O.V. (2020). Soybean productivity depending on elements of growing technology in the right-bank forest-steppe of Ukraine. Plant and Soil Science, 11, No. 1, pp. 13-22 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.31548/agr2020.01.013

3. Kots, S.Ya. & Pukhtaievych, P.P. (2019). Soybean seed inoculation: what, how and when. Propozytsiia. Biopreparaty u zakhysti nasinnia ta roslyn, 2, pp. 14-17 [in Ukrainian].

4. Mazur, V.A., Honcharuk, I.V., Didur, I.M., Pantsyreva, H.V., Telekalo, N.V. & Kupchuk, I.M. (2021). Innovative aspects of technologies for growing, storing and processing legumes. Vinnytsia: Nilan-LTD [in Ukrainian]. https://doi.org/10.30525/978-9934-26-151-0-39

5. Saha, A. & Mandal, S. (2019). Nutritional Benefit of Soybean and Its Advancement in Research. Sustainable Food Production, 5, pp. 6-16. https://doi.org/10.18052/www.scipress.com/SFP.5.6

6. Kots, S.Ya. (2021). Biological nitrogen fixation: achievements and prospects. Fiziol. rast. genet., 53, No. 2, pp. 128-159 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/frg2021.02.128

7. Kots, S.Ya., Morgun, V.V., Patyka, V.P., Malichenko, S.M., Mamenko, P.M., Kiriziy, D.A., Mykhalkiv, L.M., Beregovenko, S.K. & Melnikova, N.N. (2011). Biological nitrogen fixation: legume-rhizobial symbiosis. Vol. 2. Kyiv: Logos [in Russian].

8. Ciampitti, I.A. & Salvagiotti, F. (2018). New insights into soybean biological nitrogen fixation. Agronomy Journal, 110, No. 4, pp. 1185-1196. https://doi.org/10.2134/agronj2017.06.0348

9. Khan, M. N., Ijaz, M., Ali, Q., Ul-Allah, S., Sattar, A. & Ahmad, S. (2019). Biological Nitrogen Fixation in Nutrient Management. In: Hasanuzzaman M. (eds.). Agronomic Crops. Springer, Singapore, 2, pp. 127-147. https://doi.org/10.1007/978-981-32-9783-8_8

10. Chekhova, I.V. (2021). Formation and development of the market of oilseeds: theory, methodology, practice: monograph. Kyiv: Agrarian Science [in Ukrainian].

11. Haq, I.U., Sarwar, M.K., Faraz, A. & Latif, M.Z. (2020). Synthetic chemicals: Major component of plant disease management. In Plant disease management strategies for sustainable agriculture through traditional and modern approaches, 13, pp. 53-81. https://doi.org/10.1007/978-3-030-35955-3_4

12. Baibakova, E.V., Nefedjeva, E.E., Suska-Malawska, M., Wilk, M., Sevriukova, G.A. & Zheltobriukhov, V.F. (2019). Modern Fungicides: Mechanisms of Action, Fungal Resistance and Phytotoxic Effects. Annual Research & Review in Biology, 32, No. 3, pp. 1-16. https://doi.org/10.9734/arrb/2019/v32i330083

13. Pysarenko, V.M., Pishchalenko, M.A., Pospielova, H.D., Horb, O.O., Kovalenko, N.P. & Sherstiuk, O.L. (2020). Integrated plant protection. Poltava [in Ukrainian].

14. Rasanov, S.F. & Shevchuk, O.V. (2018). Application content and ecotoxic assessment of chemical plant protection products. Scientific journal of VNAU «Agriculture and forestry», 8, pp. 102-117 [in Ukrainian].

15. Gorshkov, A. P., Tsyganova, A. V., Vorobiev, M. G. & Tsyganov, V. E. (2020). The fungicide tetramethylthiuram disulfide negatively affects plant cell walls, infection thread walls, and symbiosomes in pea (Pisum sativum L.) symbiotic nodules. Plants, 9, No. 11, pp. 1488. https://doi.org/10.3390/plants9111488

16. Swoboda, C. & Pedersen, P. (2009). Effect of Fungicide on Soybean Growth and Yield. Agronomy Journal, 101, pp. 352-356. https://doi.org/10.2134/agronj2008.0150

17. Junior, L.D.B., Ferrari, J.L., Dario, G., Triboni, Y.D. B. & Raetano, C.G. (2019). Physiological potential and initial development of soybean plants as a function of seed treatment. Pesquisa Agropecuaria Tropical, 49, pp. 1-6. https://doi.org/10.1590/1983-40632019v4955076

18. Mamenko, T., Kots, S. & Patyka, V. (2021). Realization of protective and symbiotic properties of soybeans using fungicide seed treatment. Agricultural Science and Practice. 8, No. 2, pp. 24-36. https://doi.org/10.15407/agrisp8.02.024

19. Kanungo, M. & Joshi, J. (2014). Impact of Pyraclostrobin (F-500) on Crop Plants. Plant Science Today, 1, No. 3, pp. 174-178. https://doi.org/10.14719/pst.2014.1.3.60

20. Sartori, F.F., Pimpinato, R.F, Tornisielo, V.L., Engroff, T.D., Jaccoud-Filho, D.S, Menten, J.O., Dorrance, A.E. & Dourado-Neto, D. (2020). Soybean seed treatment: how do fungicides translocate in plants? Pest management science, 76, No. 7, pp. 2355-2359. https://doi.org/10.1002/ps.5771

21. Mostoviak, I.I. & Kravchenko, O.V. (2019). Symbiotic apparatus of soya under the application of different types of fungicides and microbial preparation. Taurida Scientific Herald, 108, pp. 72-77 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.32851/2226-0099.2019.108.10

22. Araujo, R.S., Cruz, S.P.D., Souchie, E.L., Martin, T.N., Nakatani, A.S., Nogueira, M.A. & Hungria, M. (2017). Preinoculation of soybean seeds treated with agrichemicals up to 30 days before sowing: Technological innovation for large-scale agriculture. International Journal of Microbiology, No. 5914786, pp. 10-12. https://doi.org/10.1155/2017/5914786

23. Rodrigues, T.F., Bender, F.R., Sanzovo, A.W.S., Ferreira, E., Nogueira, M.A. & Hungria, M. (2020). Impact of pesticides in properties of Bradyrhizobium spp. and in the symbiotic performance with soybean. World Journal of Microbiology and Biotechnology, 36, No. 11, pp. 1-16. https://doi.org/10.1007/s11274-020-02949-5

24. Alekseev, O.O. (2016). Influence of ecological factors on development and productivity of bean-rhizobial symbiosis. Agriculture and forestry. Ecology and environmental protection, 4, pp. 187-196 [in Ukrainian].

25. Amaro, A.C.E., Baron, D., Ono, E.O. & Rodrigues J.D. (2020). Physiological effects of strobilurin and carboxamides on plants: an overview. Acta Physiologiae Plantarum, 42, pp. 4. https://doi.org/10.1007/s11738-019-2991-x

26. Singh, G. & Sahota, H.K. (2018). Impact of benzimidazole and dithiocarbamate fungicides on the photosynthetic machinery, sugar content and various antioxidative enzymes in chickpea. Plant Physiology and Biochemistry, 132, pp. 166-173. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2018.09.001

27. Nason, M.A., Farrar, J. & Bartlett, D. (2007). Strobilurin fungicides induce changes in photosynthetic gas exchange that do not improve water use efficiency of plants grown under conditions of water stress. Pest Management Science, 63, No. 12, pp. 1191-1200. https://doi.org/10.1002/ps.1443

28. Lamichhane, J.R., You, M.P., Laudinot, V., Barbetti, M.J. & Aubertot, J. (2020). Revisiting sustainability of fungicide seed treatments for field crops. Plant Disease, 104, No. 3, pp. 610-623. https://doi.org/10.1094/PDIS-06-19-1157-FE

29. Shahid, M., Khan, M. S. & Zaidi, A. (2020). Fungicide toxicity to legumes and its microbial remediation: A current perspective. Pesticides in Crop Production: Physiological and Biochemical Action, 213496167, pp. 15-33. https://doi.org/10.1002/9781119432241.ch2

30. Carvalho, E.R., Rocha, D.K., Andrade, D.B.D., Pires, R.M.D.O., Penido, A.C. & Reis, L.V. (2020). Phytotoxicity in soybean seeds treated with phytosanitary products at different application times. Journal of Seed Science, 42, No. e202042036, pp. 1-12. https://doi.org/10.1590/2317-1545v42237847

31. Biliavska, L.H. & Prysiazhniuk, O.I. (2018). A model of early-maturing soybean variety. Novitni agrotehnologii, 6, pp. 1-15 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.21498/na.6.2018.165365

32. Vorobey, N. A., Kukol, K. P. & Kots, S. Ya. (2020). Fungicides toxicity assessment on Bradyrhizobium japonicum nodule bacteria in pure culture. Mikrobiolohichnyy zhurnal, 82, No. 3, pp. 45-54 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/microbiolj82.03.045

33. Hardy, R.W.F., Holsten, R.D., Jackson, E.K. & Burns, R.C. (1968). The acetylene-ethylene assay for nitrogen fixation: laboratory and field evaluation. Plant Physiology, 43, No. 8, pp. 1185-1207. https://doi.org/10.1104/pp.43.8.1185

34. Mel'nikova, E.S. (2020). The use of fungicidal disinfectants on potatoes in the conditions of the Central Chernozem region. Zashchita kartofelya, 1, pp. 9-10 [in Russian].

35. Melnichuk, F., Retman, M. & Marchenko, O. (2015). Cytotoxic effect of fungicide seed treatments on soybean seedlings. Scientific reports of NULES of Ukraine, 5, pp. 1-13 [in Ukrainian].

36. Kuriata, V.H., Rohach, V.V., Buina, O.I., Kushnir, O.V. & Buinyi, O.V. (2017). Impact of gibberelic acid and tebuconazole on formation of the leaf system and functioning of donor-acceptor plant system of solanaceae vegetable crops. Regulatory Mechanisms in Biosystems, 8, No. 2, pp. 162-168 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15421/021726

37. Borzykh, O., Tsurkan, O., Chervyakova, L. & Panchenko, T. (2020). Effect of fungicides on the enzymatic activity of the antioxidant system and the chlorophyll content in lupine plants during seed dressing. Quarantine and plant protection, 7-9, pp. 3-6. https://doi.org/10.36495/2312-0614.2020.7-9.3-6

38. Getachew, Z. & Abeble, L. (2021). Effect of seed treatment using Mancozeb and Ridomil fungicides on Rhizobium strain performance, nodulation and yield of soybean (Glycine max L.). Journal of Agriculture and Natural Resources, 4, No. 2, pp. 86-97. https://doi.org/10.3126/janr.v4i2.33674

39. Campo, R.J., Araujo, R.S. & Hungria, M. (2009). Nitrogen fixation with the soybean crop in Brazil: Compatibility between seed treatment with fungicides and bradyrhizobial inoculants. Symbiosis, 48, pp. 154-163. https://doi.org/10.1007/BF03179994

40. Mishra, G., Kumar, N., Giri, K. & Pandey, S. (2013). In vitro interaction beetween fungicides and beneficial plant growth promoting Rhizobacteria. Africal journal of Agricultural Research, 8, No. 45, pp. 5630-5633. https://doi.org/ 10.5897/AJAR11.1526

41. Kyrychenko, E.V., Pavlyshche, A.V., Omelchuk, S.V., Zhemoida, A.V. & Kots, S.Ya. (2020). Physiological aspects of the response of soybean-rhizobial symbiosis to the action of fungicides Standak Top and Fever. Ştiinţa agricolă, 2, pp. 59-72 [in Russian] https://doi.org/10.5281/zenodo.4320984

42. Pavlyshche, A.V., Kiriziy, D.A. & Kots, S.Ya. (2017). The reaction of symbiotic soybean systems to the action of fungicides under various treatment. Fiziol. rast. genet., 49, No. 3, pp. 237-247 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/frg2017.03.237

43. Fox, J.E., Gulledge, J., Engelhaupt, E., Burow, M.E. & McLachlan, J.A. (2007). Pecticides reduce symbiotic efficiency of nitrogen-fixing rhizobia and host plants. PNAS, 24, pp. 10282-10287. https://doi.org/10.1073/pnas.0611710104

44. Bikrol, A., Saxena, N. & Singh, K. (2005). Response of Glycine max in relation to nitrogen fixation as influenced by fungicide seed treatment. African Journal of Biotechnology, 4, No. 7. pp. 667-671. https://doi.org/10.5897/AJB2005.000-3122

45. Omelchuk, S.V., Kyrychenko, O.V. & Zhemojda, A.V. (2022). Realization of symbiotic and productivity potential of soybean-rhizobia systems formed by analytically selected fungicide resistant strains of nodule bacteria under preliminary treatment of seeds with standak top. Fiziol. rast. genet., 54, No. 1, pp. 52-64 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/frg2022.01.052