employee
employee
employee
graduate student
, Russian Federation
employee
employee
Kazan, Russian Federation
UDK 63 Сельское хозяйство. Лесное хозяйство. Охота. Рыбное хозяйство
GRNTI 68.03 Сельскохозяйственная биология
OKSO 35.06.01 Сельское хозяйство
BBK 40 Естественнонаучные и технические основы сельского хозяйства
TBK 56 Сельское хозяйство
Various strains of rhizospheric bacteria that promote plant growth (Plant Growth-Promoting Rhizobacteria - PGPR) were studied on gray forest soils of Kama region of the Republic of Tatarstan. Investigations were held both PGPR-based biologics and experimental strains. The objects of research were spring crops - spring barley, peas and buckwheat. The studied new strains were used for seed treatment before sowing with a flow rate of 0.5 litre per hectare and 1.0 litre per hectare at a flow rate of 10 litres per hectare. In spring barley, Pseudomonas fluorescens RECB-44 B had the strongest positive effect on reducing root rot damage. A high productivity was observed in both cases than with the standard biological product Rizoplan. From the point of view of accumulation in the protein grain, variants with Bacillus subtilis RECB - 95 B (1.0 litre per hectare) and Pseudomonas fluorescens RECB - 44 B (1.0 litre per hectare) were distinguished. On peas, the smallest root rot lesion was with Pseudomonas fluorescens RECB - 44 B (0.5 litre per hectare and Pseudomonas putida RECB-14B at both application rates. The highest yield was when using Bacillus subtilis RECB - 95 B (1.0 litre per hectare). The use of all biological products did not have a positive effect on the increase in protein content in seeds. In buckwheat, pre-sowing treatment of seeds with biological products practically did not have a positive effect on yield formation and protein content in grain.
biological products, rhizospheric bacteria, seed treatment, spring barley, peas, buckwheat
Введение. В последние годы все большее значение при изучении продуктивности и устойчивости сельскохозяйственных культур к стрессовым факторам уделяется изучению характера отношения между растениями и сообществом микроорганизмов (микробиомом), населяющим те или иные его органы (корни, листья, плоды и т.д.). Наиболее изученными микроорганизмами данной группы являются ризосферные (корнеобитающие) бактерии, обладающие свойствами стимуляции роста растений (Plant Growth Promoting Rhizobacteria – PGPR). Влияние таких бактерий на растительный организм многообразно и охватывает такие физиологические процессы, как регулирование гормонального статуса, особенности минерального питания, устойчивость к абиотическим и биотическим стрессам, а также взаимодействие с другими группами (в том числе и фитопатогенными) микроорганизмов [1].
В настоящее время описаны и изучены большое количество бактерий, относящихся к данной группе, важнейшими из которых являются представители родов Pseudomonas, Bacillus, Enterobacter, Klebsiella, Azobacter, Variovorax, Azosprillum, Serratia (Glick, 2012). К числу PGPR относятся и эндофитные бактерии корневой системы, образующие с растениями прочные мутуалистические ассоциации [2]. С учетом характера влияния PGPR на растения они являются ценным источником для разработки новых биопрепаратов, в том числе и для управления продуктивностью растений в условиях глобальных изменений климата [3].
С точки зрения стимуляции под влиянием PGPR роста растений, основным механизм такого действия выступает их положительное влияние на образование различных фитогормонов [4,5,6]. Так, достаточно давно и подробно изучено влияние данных бактерий на синтез ауксинов, что приводит к стимуляции роста и развития корней растений, в том числе на их ветвление, глубину проникновения и развитие корневых волосков [7]. Такое влияние оказывает положительное влияние на засухоустойчивость и минеральное питание растений. Причем данный эффект затрагивает не только корневую систему, но и надземные органы [8]. Стимулирование образования растениями цитокинов, отмечаемое для некоторых видов PGPR, способствует росту надземной биомассы [9]. Аналогичный эффект оказывают PGPR и на гиббереллины [10]. Влияние ризосферных бактерий на растительный гормон этилен, носит сложный и многогранный характер [10]. Среди фитогормонов, выделяемых PGPR особое значение, имеет абсцизовая кислоты (АБК), играющая важную роль в устойчивости растений к засухе [11], что дает возможность к разработке биопрепаратов для повышения засухоустойчивости растений [12].
На основе анализа влияния PGPR на рост и развитие растений их обычно подразделяют на биоудобрения (увеличивающие доступность элементов питания для растений), фитостимуляторы (продуценты фитогормонов), ризоремедиаторы (разрушающие органические поллютанты) и биопестициды (контролирующие болезни через образование антибиотиков и антигрибных метаболитов) [13]. Вместе с тем большинство таких препаратов обладают комплексным действием и оказывают многогранное положительное влияние на растения. В связи с этим поиск новых активных штаммов данных микроорганизмов имеет важное научное и практическое значение.
Условия, материалы и методы исследований. Исследования проводились в 2018 году на кафедре общего земледелия, селекции и защиты растений ФГБОУ ВО «Казанский ГАУ». Лабораторные исследования проводились на базе агроэкологического центра Казанского государственного аграрного университета.
Объектом исследований были сорт ярового ячменя Раушан, горох сорта Варис и гречиха сорта Батыр.
На изучаемых культурах проводились исследования по оценке эффективности обработки семян различными ризосферными бактериями. Изучались следующие варианты: 1. Контроль – без обработки семян; 2. Ризоплан (Pseudomonas fluorescens штамм АР-33) – стандартный биопрепарат, 0,5 л/т; 3. Pseudomonas putida штамм RECB – 14 B, 0,5 л/т; 4. Pseudomonas putida штамм RECB – 14 B, 1,0 л/т; 5. Pseudomonas fluorescens RECB – 44 B, 0,5 л/т; 6. Pseudomonas fluorescens RECB – 44 B, 1,0 л/т; 7. Bacillus subtilis RECB – 95 B, 0,5 л/т; 8. Bacillus subtilis RECB – 95 B, 1,0 л/т. Экспериментальные штаммы были получены из коллекции. В качестве биологических агентов контроля изучались штаммы из коллекции Казанского государственного аграрного университета.
Расход рабочей жидкости при обработке семян – 10 л/т. Почва опытных участков – серая лесная среднесуглинистая. Агротехнологии возделывания изучаемых сельскохозяйственных культур в соответствии с рекомендациями для Предкамья Республики Татарстан. В мае и июне 2018 года отмечались слабые засушливые явления. В июле условия были благоприятными для роста и развития растений.
На заложенных опытах проводился комплекс учетов и наблюдений за формированием урожая, развитием болезней. Проводилось определение содержания белка в зерне. Обработка данных осуществлялась по общепринятым методикам [Доспехов].
Анализ и обсуждение результатов исследований.
На яровом ячмене обработка семян бактериальными препаратами оказала влияние на динамику поражения растений корневыми гнилями (табл. 1).
Результаты оценки показали, что среди изучаемых штаммов ризосферных бактерий наиболее сильное положительное влияние на снижение поражения ярового ячменя корневыми гнилями оказал Pseudomonas fluorescens RECB – 44 B. В данном варианте, при применении нормы 1,0 л/т семян, в среднем за все учеты, развитие болезни снизилось в 3,5 раза к контролю и в 2,5 раза к показателям для стандартного биопрепарата Ризоплан. Аналогичные результаты, но в меньшей степени были получены при использовании Bacillus subtilis RECB-95B с нормой 1,0 л/т. Для других экспериментальных штаммов показатели развития болезни уступали или были на уровне стандарта.
Данные по урожайности и содержанию белка в зерне ярового ячменя представлены в табл. 2.
Результаты определения урожайности показали, что наибольшие значения были при применении для обработки семян Pseudomonas putida RECB-14B и Bacillus subtilis RECB – 95 B. В обоих вариантах отмечалось более высокая урожайность, чем при применении стандартного биопрепарата Ризоплан. С точки зрения накопления в зерне белка выделись варианты с Bacillus subtilis RECB – 95 B (1,0 л/т) и Pseudomonas fluorescens RECB – 44 B (1,0 л/т).
Таким образом, с учетом влияния на устойчивость растений к корневым гнилям, урожайность и качество зерна, на яровом ячмене преимущество имела бактерия Bacillus subtilis RECB – 95 B при норме расхода 1,0 л/т.
Обработка семян гороха изучаемыми биопрепаратами отразилась на поражении растений корневыми гнилями (табл. 3).
Использование всех вариантов обработки семян гороха привело к снижению поражения растений корневыми гнилями в период всходов, но с точки зрения биологической эффективности контроля данного микоза, преимущество (в сравнении со стандартным биопрепаратом) имели Pseudomonas fluorescens RECB – 44 B (0,5 л/т) и Pseudomonas putida RECB-14B в обоих нормах расхода.
Результаты определения урожайности и содержания в зерне гороха белка представлены в табл. 4.
Обработка семян биопрепаратами оказала положительное влияние на урожайность гороха. Наиболее заметным (в сравнении со стандартом) данный эффект был при использовании Bacillus subtilis RECB – 95 B (1,0 л/т). Несколько слабее влияние на урожайность было у Pseudomonas putida RECB-14B. Использование Pseudomonas fluorescens RECB – 44 B не оказало существенного влияния в сравнении с Ризопланом на урожайность гороха. Применение всех биопрепаратов не оказало положительного действия на увеличение содержания в семенах белка, а в варианте с Pseudomonas fluorescens RECB – 44 B отмечалось даже падение данного показателя к значениям в контроле.
Таким образом, наиболее эффективным вариантом обработки семян гороха был – Bacillus subtilis RECB – 95 B при норме расхода 1,0 л/т.
Предпосевная обработка семян гречихи биопрепаратами практически не оказала положительного влияния на формирование урожая и содержание в зерне белка (табл. 5).
Выводы. Таким образом, проведенные исследования показали, что наиболее выраженное положительное влияние при применении для обработки семян ризосферные бактерии оказали на яровом ячмене и горохе. На гречихе положительный эффект применения изучаемых штаммов не проявлялся, что по всей видимости, обусловлено особенностями корневых выделений данной культуры, способных оказывать негативное влияние на микроорганизмы. На ячмене и горохе преимуществом обладал вариант Bacillus subtilis RECB – 95 B при норме расхода 1,0 л/т. Необходимо отметить, что Pseudomonas fluorescens RECB – 44 B эффективно подавлял развитие корневых гнилей и на ячмене, и на горохе, но не оказал существенного положительного влияния как на урожайность, так и на накопление в урожае белка.
1. Chaparro, J. M. Rhizosphere microbiome assemblage is affected by plant development/ Chaparro, J. M., Badri, D. V., and Vivanco, J. M.// ISME J. – 2013. – Vol.8. – P.790–803. doi:10.1038/ismej.2013.196.
2. Glick B.R. Plant Growth-Promoting Bacteria: Mechanisms and Applications. – Hindawi Publishing Corporation, Scientifica: Waterloo, Canada, 2012. – 15 p.
3. Vejan P. Role of Plant Growth Promoting Rhizobacteria in Agricultural Sustainability– A Review/ P. Vejan, R. Abdullah, T. Khadiran, S. Ismail, A. Nasrulhaq Boyce// Molecules. – 2016. – Vol.21. – P. 1-17/ doi:10.3390/molecules21050573
4. Tsavkelova E.A. Hormones and hormone-like compounds of microorganisms. [Gormony i gormonopodobnye soedineniya mikroorganizmov]. / E.A. Tsavkelova, S.Yu. Klimova, T.A. Cherdyshev, A.I. Netrusov // Prikladnaya biokhimiya i mikrobiologiya. - Applied biochemistry and microbiology. – 2006. – Vol.42, №3. – P. 261-268.
5. Morgun V.V. Growth-stimulating rhizobacteria and its practical use. [Roststimuliruyuschie rizobakterii i ikh prakticheskoe primenenie]. / V.V. Morgun, S.Ya. Kots, E.V. Kirichenko // Fiziologiya i biokhimiya kulturnykh rasteniy. - Physiology and biochemistry of cultivated plants. – 2009. – Vol.41., №3. – P. 187-207.
6. Feoktistova N.V. Rizosfernye bakterii. // Uchenye zapiski Kazanskogo universiteta. Seriya estestvennye nauki. [Rhizospheric bacteria. // Scientific notes of Kazan University. Series: Natural Sciences]. N.V. Feoktistova, A.M. Mardanova, G.F. Khadieva, M.R. Sharipova. – 2016. – Vol. 158, book 2. – P. 207–224.
7. Casson, S.A. Genes and signaling in root development/ Casson S.A., Lindsey K. // New Phytol. – 2003. – Vol. 158. – P. 11–38.
8. Ali, B. Auxin production by plant associated bacteria: impact on endogenous IAA content and growth of Triticum aestivum L./ Ali B., Sabri A.N., Ljung K., Hasnain S. // Letters in Applied Microbiology.– 2009. – Vol. 48. – P. 542–547.
9. Arkhipova, T.N. Cytokinin producing bacteria enhance plant growth in drying soil / Arkhipova T.N., Prinsen E., Veselov S.U., Martynenko E.V., Melentiev A.I., Kudoyarova G.R.// Plant Soil. – 2007. – Vol. 292. – P. 305–315.
10. Karadeniz, A. Auxin, gibberellin, cytokinin and abscisic acid production in some bacteria/ A. Karadeniz, S.F. Topcuoglu, S. Inan // World Journal of Microbiology & Biotechnology. – 2006. – Vol. 22. – P. 1061–1064.
11. Belimov, A.A. Rhizosphere bacteria containing ACC deaminase increase yield of plants grown in drying soil via both local and systemic hormone signaling/ A.A. Belimov, I.C. Dodd, N. Hontzeas, J.C. Theobald, V.I. Safronova W.J. Davies // New Phytologist. 2009. – Vol.181. – P. 413–423.
12. Maurel, C. Plant aquaporins: membrane channels with multiple integrated functions/ C.Maurel, L.Verdoucq, D.T. Luu, V.Santoni// Annual Review of Plant Biology. – 2008. – Vol. 59. – P. 595–624.
13. Kudoyarova G.R. The formation of phytohormones by soil and rhizospheric bacteria as a factor in stimulating plant growth. [Obrazovanie fitogormonov pochvennymi i rizosfernymi bakteriyami kak faktor stimulyatsii rosta rasteniy]. / G.R. Kudoyarova, I.K. Kurdish, A.I. Melentev // Izvsetiya Ufimskogo nauchnogo Tsentra RAN. - News of Ufa Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. – 2011. – № 3-4. – P. 5-16.
14. Somers, E. Rhizosphere bacterial signalling: a love parade beneath our feet / E. Somers, J.Vanderleyden, and M.Srinivasan // Crit. Rev. Microbiol. – 2004. – Vol.30. – P.205-240.
