Изучение эффективности применения биопрепаратов на основе PGPR-штаммов на растениях гороха посевного (Pisum sativum L.)

Изучение симбиотических отношений в микробно-растительных ассоциациях и биотехнологических перспектив их использования являются предметом обсуждения научного сообщества на протяжении многих лет [Berg, 2009; Raaijmakers et al., 2009; Van Loon, 2007]. Очевидно, что с точки зрения биотехнологии для растениеводства наиболее перспективными считаются микробиологические препараты комплексного действия, при этом в основе препарата может быть, как один активный штамм, так и консорциум микроорганизмов.
Как правило, для того чтобы гарантировать бобовой культуре полноценное развитие при ее выращивании используют препарат, содержащий подходящий вид ризобий. Клубеньковые бактерии успешно выполняют функцию обеспечения растений дополнительным азотом, но, к сожалению, не могут защитить макросимбионта от пагубного воздействия фитопатогенов. В этой связи представляется перспективной работа по созданию комбинированных препаратов для бобовых растений, содержащих активные штаммы ризобий, а также PGP-микроорганизмы, способные подавлять рост различных возбудителей болезней бобовых культур [Akhtar et al., 2010; Mishra et al., 2009]. На сегодняшний день в списке биофунгицидов, разрешенных к применению на территории Российской Федерации, зарегистрирован единственный препарат, рекомендованный для защиты гороха от фузариозной гнили – Фитоспорин-М (Bacillus subtilis 26 Д). Применение комбинации из штаммов клубеньковых бактерий и Фитоспорина-М, а также Фитоспорина–М в чистом виде способствовало снижению заболеваний и положительно сказалось на продуктивности гороха, а также фасоли [Иванчина и др., 2008; Гарипова и др., 2016; Фомина, 2009].
Штаммы, использовавшиеся в данном эксперименте, Paenibacillus ehimensis IB 739 (ВКМ B-2680D), Pseudomonas koreensis ИБ-4 (ВКМ В-2830D), Pseudomonas chlororaphis ИБ-51, являются антагонистами широкого спектра фитопатогенных грибов, что объясняется наличием у них способности к синтезу низкомолекулярных метаболитов антибиотической природы. Штамм P. ehimensis IB 739 также продуцирует комплекс внеклеточных ферментов, участвующих в деградации клеточных стенок микромицетов. Все штаммы оказывают положительное влияние на фитогормональный статус растений путем выработки рострегулирующих веществ. Штаммы P. ehimensis IB 739 и Ps. koreensis ИБ-4 также обладают способностью к фиксации атмосферного азота [Мелентьев, 2007; Логинов, 2005].
В качестве препаратов для обработки семян растений использовали свежую жидкую культуру штаммов бактерий с титром 108-109 КОЕ/мл. Семена инокулировали непосредственно перед посевом из расчета 105 клеток на семя. Биопрепараты на основе клубеньковых бактерий для обработки не применялись. Поскольку в нашем регионе горох является достаточно распространенной сельскохозяйственной культурой, в почве имеется большое число диких штаммов специфических ризобий, и дополнительная инокуляция клубеньковыми бактериями не всегда оправдана [Стемпоржецкий и др., 2009]. Почва опытного участка представляла собой черноземом глинисто-иллювиальный (общий гумус – 4,2 %; общий азот – 0,5 %; подвижный фосфор – 5,6 мг/100 г почвы, рНвод – 6,3). Данные характеристики почвы можно считать благоприятными с точки зрения наличия в почве активных форм спонтанных штаммов клубеньковых бактерий.
Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о том, что наибольшая отзывчивость гороха наблюдалась в вариантах с биопрепаратами на основе штаммов P. ehimensis IB 739 и Ps. koreensis ИБ-4 (отмечено увеличение роста растений и клубенькообразования), но только применение препарата на основе штамма Ps. koreensis ИБ-4 позволило получить достоверную прибавку урожайности - 1,4 ц/га (табл.1). Вариант опыта с использованием штамма Ps. chlororaphis ИБ-51 не отличался от контроля. Это говорит о том, что далеко не всегда внесение PGPR оказывает на растение благоприятное воздействие; более того эффективность бактериальных обработок может различаться даже на разных сортах одного вида сельскохозяйственной культуры.
Эффективность применения биопрепаратов на растениях гороха.
30
Таблица 1.
Влияние инокуляции семян штаммами бактерий на морфофизиологические показатели растений гороха и фитосанитарное состояние посевов.
Table 1. The effect of seed inoculation with bacterial strains on morphophysiological characteristics of pea plants and phytosanitary state of crops.
Вариант
Variant
Длина надземной части, см
Length of the aerial part, cm
Кол-во клубеньков, шт./растение
The number of nodules, pieces/plant
Урожайность, ц/га
Yield, centner/hectare
Распространение корневых гнилей, %
The spread of root rot, %
Биологическая эффективность, %
Biological effecttiveness, %
Распространение мучнистой росы, %
The spread of powdery mildew, %
Биологическая эффективность, %
Biological effecttiveness, %
Контроль
95,8
40,6
10,3
66,7
-
89,3
-
IB 739
108,5*
54,3*
10,9
38,5*
42,3
76,3
-
IB-4
102,5*
58,2*
11,7*
34,7*
47,9
68,8*
22,9
IB-51
100,3
48,1
10,4
40,1*
39,9
79,0
-
* - статистически значимые отличия от контроля при P=0,95.
* - statistically significant differences from control at P=0,95.
Таблица 2.
Содержание азота в растениях и почве (в фазе цветения), %
Table 2. The nitrogen content in plants and soil (in the flowering stage), %
Вариант
Variant
Зеленая масса
Green mass
Корни
Roots
Почва
Soil
Контроль (с растениями)
Control (with plants)
3,91
3,72
0,82
Контроль (без растений)
Control (without plants)
-
-
0,66*
IB 739
4,18
2,82
0,82
IB-4
5,98*
3,78
0,79
IB-51
4,21
2,86
0,90
* - статистически значимые отличия от Контроля (с растениями) при P=0,95.
* - statistically significant differences from control (with plants) at P=0,95.
Эффективность применения биопрепаратов на растениях гороха.
31
Установлено, что использование бактериальных препаратов способствовало снижению развития болезней гороха. Эффективность исследуемых штаммов против корневых гнилей в фазе цветения составила 39,9-47,9 % (табл.1). В связи с метеорологическими условиями, способствующими интенсивному развитию мучнистой росы, выявлено почти 90%-ное поражение посевов данным заболеванием. Биологическая эффективность препаратов в данных условиях оказалась очень низкой. Поскольку в рамках эксперимента проводилась только предпосевная обработка семян без опрыскивания вегетирующих растений, данные об эффективности препаратов против мучнистой росы нельзя считать окончательными, этот вопрос требует дополнительного изучения.
Известно, что зернобобовые в отличие от многолетних культур большую часть усвоенного азота направляют на формирование плодов, причем расходуют его примерно столько же, сколько привносят. Таким образом, однолетники не обогащают почву азотом, а лишь по сравнению с другими культурами меньше ее истощают. В нашем эксперименте во всех вариантах, в том числе в контрольном варианте (с растениями) отмечено незначительное увеличение азота в почве по сравнению с чистым контролем (без растений) (табл. 2). При этом во всех вариантах опыта, где использовались биологические препараты, азот накапливался преимущественно в надземных вегетативных органах, тогда как в контроле содержание азота в корнях и зеленой массе находилось приблизительно на одном уровне. Максимальное количество азота обнаружено в зеленой массе растений, инокулированных штаммом Ps. koreensis ИБ-4 (табл. 2). Таким образом, установлено, что бактеризация семян гороха исследуемыми штаммами бактерий родов Paenibacillus и Pseudomonas, обладающих комплексом положительных для растений свойств, способствовала увеличению клубенькообразования, улучшению азотного питания растений, а также снижению поражения растений корневыми гнилями. По результатам проведенных исследований штамм Pseudomonas koreensis ИБ-4 признан перспективным для использования на культуре гороха посевного, в том числе совместно с биопрепаратами на основе клубеньковых бактерий.

1. Гарипова С.Р., Иргалина Р.Ш., Дмитриева Д.Ф., Кутуева А.Г. Оценка новых штаммов эндофитных бацилл и ризобий при инокуляции фасоли сорта Уфимская в условиях Предуралья//Доклады Башкирского университета. 2016. Т.1. С. 705-710. (In Russian) [Garipova S.R., Irgalina R.Sh., Dmitrieva D.F., Kutueva A.G. Evaluation of new strains of endophytic bacilli and rhizobia when inoculated of common bean Ufimskaya variety under South Ural // Reports of Bashkir state University. 2016. V.1. P. 705-710].
2. Иванчина Н.В., Гарипова С.Р., Шавалеева Д.В., Уразбахтина Н.А., Захарова Р.Ш., Хайруллин Р.М. Влияние штаммов Bacillus subtilis на продуктивность растений гороха при автономной и совместной инокуляции со штаммом Rhizobium leguminosarum bv. viceae 1078 // Агрохимия. 2008. № 10. С.34-39. (In Russian) [Ivanchina N.V., Garipova S.R., Shavaleeva D.V., Urazbakhtina N.A., Zakharova R.Sh., Khairullin R.M.. Effect of Bacillus subtilis strains on the yield of pea (Pisum sativum L.) at monoinoculation and in combination with Rhizobium leguminosarum bv. viceae 1078 // Agricultural Chemistry. 2008. № 10. P. 34-39].
3. Логинов О.Н. Бактерии Pseudomonas и Azotobacter как объекты сельскохозяйственной биотехнологии/ М.: Изд-во «Наука». 2005. 166 с. (In Russian) [Loginov O. N. The bacteria Pseudomonas and Azotobacter as the objects of agricultural biotechnology / М.: Izd-vo «Science». 2005. 166 s.]
4. Мелентьев А.И. Аэробные спорообразующие бактерии Bacillus Cohn в агроэкосистемах/М.: Изд-во «Наука». 2007. 147 c. (In Russian) [Melentyev A. I. Aerobic spore-forming bacteria Bacillus Cohn in agroecosystems / M.: Izd-vo «Science». 2007. 147 s.]
5. Стемпоржецкий Е.А., Воронкова Н.А. Эффективность применения минеральных и бактериальных удобрений при возделывании гороха на черноземных почвах Западной Сибири // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2009. № 6(56). С. 26-30. (In Russian) [Stamporzhetsky E. A., Voronkova N.A. Efficiency of application of mineral and bacterial fertilizers in the cultivation of peas on chernozem soils of Western Siberia // Bulletin of Altai state agrarian University. 2009. №. 6(56). P. 26-30].
6. Фомина Н.Ю. Применение регуляторов роста, биопрепаратов, микроудобрений и фунгицидов на горохе посевном в Южной лесостепи Зауралья // Аграрный вестник Урала. 2009. № 3(57). С. 61-63. (In Russian) [Fomina N.Y. Application of regulators of growth, biological products, microfertilizers and fungicides on peas sowing in southern forest-steppe of Zauralye // Agrarian Bulletin of the Urals. 2009. №. 3(57). P. 61-63].
7. Akhtar M.S., Shakeel U., Siddiqui Z.A. Biocontrol of Fusarium wilt by Bacillus pumilis, Pseudomonas alcaligenes and Rhizobium sp. on lentil // Turk J. Biol. 2010. V. 34. P.1-7. doi:10.3906/biy-0809-12
8. Berg G. Plant–microbe interactions promoting plant growth and health: perspectives for controlled use of microorganisms in agriculture // Appl. Microbiol. Biotehnol. 2009. V. 84. P. 11-18. doi:10.1007/s00253-009-2092-7
9. Mishra P.K., Mishra S., Selvakumar G., Bisht J.K., Kundu S., Gupta H.S. Coinoculation of Bacillus thuringeinsis-KR1 with Rhizobium leguminosarum enhances plant growth and nodulation of pea (Pisum sativum L.) and lentil (Lens culinaris L.) // World J. Microbiol Biotechnol. 2009. V. 25. P.753–761. doi:10.1007/s11274-009-9963-z
10. Raaijmakers J.M., Paulitz T.C., Steinberg C., Alabouvette C., Möenne-Loccoz Y. The rhizosphere: a playground and battlefield for soilborne pathogens and beneficial microorganisms // Plant and Soil. 2009. V. 321. P. 341-361. doi:10.1007/s11104-008-9568-6
11. Van Loon L.C. Plant responses to plant growth-promoting rhizobacteria // Eur. J. Plant Pathol. 2007. V. 119. P. 243-254. doi:10.1007/s10658-007-9165-1