МИКОРИЗАЦИЯ СЕЯНЦЕВ ХВОЙНЫХ – ЭКОТЕХНОЛОГИЯ ЛЕСОВОССТАНОВИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА В ЗАПАДНОЙ СИБИРИ
MYCORRHIZATION OF CONIFEROUS SEEDLINGS – ECOTECHNOLOGY OF WEST SIBERIA FOREST RESTORATION WORKS
Вайшля О.Б., Комлева Е.В. (Томский госуниверситет, г. Томск, РФ)
Vaishlya O.B., Komleva E.V. (The Tomsk State University, Tomsk, Russia)
Изложены результаты испытания препарата «Активатор роста хвойных растений» на сеянцах трех видов сосен, пихты, лиственницы и ели.
The results of studying of biological fertilizer “Activator of coniferous growth” after treatment of seedlings of three species of pine-, fir-, larch- and spruce-trees.
Ключевые слова: микориза, сеянцы хвойных, активация роста
Keywords: mycorrhiza, seedlings of coniferous, activation of a growth
Лесные экосистемы Западной Сибири – один из важнейших компонентов биосферы Земли, поддерживающих экологическое равновесие на всей планете за счет участия в глобальных циклах основных биогенных элементов, снижения парникового эффекта путем стока углекислого газа, реализации планетарной функции процесса фотосинтеза. Большие объемы вырубок, вредители, пожары, эпифитотии инфекционных заболеваний, интенсивная эксплуатация хвойных лесов, замена семенных насаждений лесами вегетативного происхождения – все это актуализирует проблему поиска новых технологий качественного воспроизводства лесных культур хвойных.
Задача лесоведения состоит в открытии законов жизни леса, а задача лесоводства заключается в умении найти принципы и методы регулирования этой жизни с целью уменьшения нарушений устойчивости лесных экосистем. Специалистам лесного хозяйства хорошо известно, что ни одно дерево невозможно вырастить без образования на корнях эктомикоризы (EcM), оригинальнейшего симбиоза между корнями деревьев и грибами: базидиомицетами (90% EcM) и низшими аско- и зигомицетами (10% EcM). Показано, что EcM связывают в единую подземную трофическую цепь участников лесного биоценоза, за счет способности выделять ферменты мобилизуют основные элементы минерального питания, нормализуют водный режим, осуществляют биоконтроль патогенов, меняют структуру микробиоты почвы [1-3]. Эктомикориза – это малоспецифичный симбиоз, однако род Pinus является в этом смысле очень гетерогенным, поскольку разные виды макромицетов способны избирательно образовывать эктомикоризу только с дву-, только с трех- и только с пятиигольчатыми соснами. Некоторые грибы, например, рода Laccaria, Suillus образуют эктомикоризы на сеянцах хвойных, грибы из родов Russula, Boletus, Amanita микоризуют корни хвойных более старшего возраста. Около 50% плодовых тел в лесных ценозах представлено таким массовым родом, как Cortinarius, однако только 5% мицелия этих грибов обнаруживается в составе EcM. И наоборот, грибы рода Tomentella имеют крошечные плодовые тела, а в 60-80% эктомикориз грибной компонент представлен мицелием именно этого рода.
Основным недостатком искусственного восстановления хвойных, например, кедра в лесопитомниках, на вырубках и гарях являются гибель и списание культур, недостаточное количество и низкое качество уходов за посевами и посадками. В молодом возрасте кедр и другие хвойные растут очень медленно, а если это происходит на техногенных бедных почвах лесопитомников, искусственном субстрате, то приживаемость составляет весьма маленький процент. При этом зачастую при отсутствии в почве активных штаммов EcM-грибов, эктомикоризы все равно образуются, но при участии грибов порядка Thelephorales, являющихся полупаразитами для сеянцев. Сотрудники лесопитомников иногда применяют варварский способ микоризации сеянцев верхним слоем почвы, снятой в хвойном лесу. Мы предлагаем заменить такой неэкологичный способ микоризации на применение препарата долгого срока хранения, содержащего отселектированные активные штаммы определенного вида гриба-макромицета, образующего специфические EcM именно с сеянцами различных видов хвойных.
В Научно-инновационном центре «Планта» Томского государственного университета, в 2004 году, начата работа по выделению в чистую культуру и созданию коллекции грибов-макромицетов, образующих эктомикоризу с различными видами хвойных [4-5]. Выделение проводили как из плодовых тел, так и из самих эктомикоризных окончаний, собранных во время экспедиций в лесные экосистемы Томской области – Калтайского, Тимирязевского, Александровского лесничеств, а также в леса Алтайского края – Павловского лесничества и во время экспедиции в район Пыжинской тайги Горной республики Алтай. Для определения вида EcM-грибов «early stage» собирали одно-пятилетние сеянцы хвойных на просеках для ЛЭП, вырубках, растущие далеко от взрослого дерева, не ближе чем на 6-10 метров. Идентификацию вида гриба в том или ином морфотипе EcM проводили либо по Атласу эктомикориз Р. Агерера, либо при консультировании специалистами INRA (Франция), либо с помощью ДНК-анализа. Для амплификации области ITS1-5.8S-ITS2 рибосомальной ДНК использовали общий для грибов праймер ITS1F (5’CTTGGTCATTTAGAGGAAGTAA 3’), специфичный для базидиомицетов праймер ITS4B (5’TCCTCCGCTTATTGATATGC3’) и специфичный для грибов рода Tomentella праймер LR3–tom (5’CTACCGTAGAACCGTCTCC3’). Полученные последовательности сравнивали с сиквенсами базы данных UNITE в программе BLAST. Полученные последовательности сравнивали с сиквенсами базы данных UNITE в программе BLAST. Результаты этой работы переданы в малое инновационное предприятие Томского госуниверситета «Микобакс», где разработаны технические условия и выпускается препарат «Активатор роста хвойных растений» в двух формах: альгинатных капсул и сыпучего субстрата. Прежние эксперименты по определению эффективности микоризации корневой системы саженцев с помощью жидкой культуры EcM-грибов при добавлении в состав почвенной смеси или «шликера» ощутимых результатов не дали, поэтому целью данной работы являлось определение эффективности применения технологии микоризации хвойных с использованием препарата «Активатор роста хвойных», который содержит живой мицелий различных видов грибов-эктомикоризообразователей, долгое время сохраняющий жизнеспособность в почве.
Производственные эксперименты по изучению эффективности микоризации сеянцев хвойных в условиях открытого и защищенного грунта проводили в Томской области на базе ОГУ «Калтайский лесхоз», научного стационара Института мониторинга климатических и экологических систем СО РАН, питомника Аникинского лесничества и теплиц ООО «Томскзеленстрой», а также в Алтайском крае в питомнике «АлтайForest», на разновозрастных сеянцах и саженцах сосны обыкновенной, сосны горной, сосны сибирской, сосны веймутовой, ели колючей форма голубая, пихты сибирской, лиственницы сибирской (Рис. 1-4). В условиях защищенного грунта делали два контроля: почва из хвойного леса и стерильный или техногенный субстрат с внесением препарата, для изучения эффективности отбирали не менее 30-50 сеянцев, проводили дисперсионный анализ количественных признаков с использованием критерия Фишера. Микоризацию контролировали путем просмотра «fine roots» под лупой Carl Zeiss Microlmaging GmbH 37081 Göttingen, определения индекса микоризации и проведения ДНК-идентификации грибного компонента в составе образованных эктомикориз.
За неимением возможности предоставления всего фактического материала, приводим основные выводы: 1. Обе формы препарата – альгинатные капсулы и сыпучий субстрат равнозначны по эффективности. 2. Оптимальной технологической формой применения микоризации является внесение препарата в состав субстрата при посеве семенами в открытый или закрытый грунт и при выращивании саженцев с закрытой корневой системой. 3. Эффективной дозой внесения препарата является норма 1 кг сыпучего препарата или 1 литра капсул на 1 погонный метр, либо добавление в субстрат в соотношении 1:5 (препарат:субстрат). 4. Индекс микоризации сеянцев возрастает в среднем с 0,12 до 0,89. 5. Приживаемость сеянцев увеличивается на 35%. 6. У микоризованных сеянцев различных видов сосен количество морозобоин в расчете на 1 сеянец составляет 0,46 против 1,96 в контроле. 7. Число вымерзших сеянцев сосны горной и сосны веймутовой уменьшается в 2,5 раза. 8. Количество одревесневших стволиков изученных видов сосен увеличивается в 1,8 раза. 9. На 40% снижается выпадение сеянцев за счет поражения корневыми гнилями. 10. Первоначальное отставание в росте микоризованных сеянцев за счет необходимости отдавать фотоассимиляты на образование симбиоза далее компенсируется быстрыми темпами нарастания корневой и вегетативной биомассы. 11. Происходит ускорение достижения стандартных показателей сеянцев и саженцев – высоты и диаметра ствола на уровне корневой шейки, на 2-3 месяца.
Работа выполнена в рамках реализации Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России в 2009–2013 гг.». Госконтракт П 706.
|
|
|
|
Рисунок 1 – Слева: хорошо развитая корневая система сеянца сосны сибирской, микоризованной штаммом SB-6 макромицета Suillus sibiricus. Справа: контрольный сеянец, выращенный без микоризации. |
Рисунок 2 – Эффект микоризации сеянцев сосны горной (деревянный маркер - место внесения препарата в один ряд посева) в теплицах ОАО «Томскзеленстрой», пос. Трубачево Томской обл. |
|
|
|
|
Рисунок 3 – Изучение влияния микоризации сеянцев ели колючей форма голубая студентами Томского госуниверситета в условиях открытого грунта лесного питомника «АлтайForest» Курочкинского производственного участка, Алтайский край |
Рисунок 4 – Опыты по микоризации сеянцев сосны сибирской с закрытой корневой системой в Аникинском лесопитомнике Томской области. Слева направо варианты: земля из кедровника; техногенная почва сельхозугодий с микоризным препаратом; та же почва с торфом (1:1). |
Список использованных источников
1.Finlay R.D. Mycorrhizal symbiosis: myths, misconceptions, new perspectives and research priorities // Mycologist. – 2005. – Vol. 19. N 3. – P. 90–95.
2. Smith S., Read D. Mycorrhizal symbiosis, 2008. – Academic Press, London. – 514 p.
3. Pritsch K. Enzyme secretion by ECM fungi and exploitations of mineral nutrients from soil organic matter / K. Pritsch, J. Garbaye // Annals of Forest Science. – 2011. – Vol. 68. – P. 25 – 32.
4. Вайшля О.Б., А.А.Ведерникова. Культивирование in vitro, идентификация и биохимический состав некоторых видов Homobasidiomycetidae, образующих эктомикоризу с хвойными // Хвойные бореальной зоны, 2009. – Т. XXVI, № 1. – С. 58-61.
5. Данченко А.М., Бех И.А., Вайшля О.Б. Инновации в современном лесном хозяйстве Томской области // Вестник Томского госуниверситета. Сер. биол. – 2010. № 4. – С. 81 – 89.