Kazan, Russian Federation
Kazan, Kazan, Russian Federation
The article presents research materials on assessing the effect of crop treatment with a biopreparation based on the endophytic bacterium Bacillus mojavensis PS-17 and its mixtures with various humic biostimulants on the productivity, disease resistance, and grain quality of spring barley. Field studies were carried out on the territory of the experimental fields of Agrobiotechnopark of Kazan State Agrarian University in 2023-2024. The scheme of the stationary field experiment provided for the study of the following options: control (without spraying); spraying plants with Humate +7 at a dose of 0.5 l / ha; spraying plants with Bigus extra at a dose of 0.5 l/ha; spraying plants by PS-17 at a dose of 1 l/ha; spraying plants with a tank mixture of the preparations Gumat +7 at a dose of 0.5 l/ha and PS-17 at a dose of 1 l/ha; spraying plants with a tank mixture of the preparations Bigus Extra at a dose of 0.5 l/ha and PS-17 at a dose of 1 l/ha. The initial humus content was 4%, mobile phosphorus - 275 mg/kg of soil according to Kirsanov and exchangeable potassium - 185 mg/kg of soil according to Kirsanov, pH - 6.1 in the salt extract. The experiment was repeated three times, the plots were placed using the randomized repetition method, the area of the experimental plots was 25 m². The system of primary and pre-sowing soil preparation included stubble cultivation, plowing, cultivation, pre-sowing harrowing, and the application of azophoska at a rate of 150 kg/ha. The least development of net leaf spot was observed when using a biopreparation based on the endophytic bacterium B.m. PS-17 (biological efficiency - 28.6%, compared to the control). Minimal development of root rot was noted when using a mixture of the humic preparation Humate +7 with the biopreparation based on B.m. PS-17 (biological efficiency - 13.8%, compared to the control). Biological efficiency was determined by the Abbott formula based on average values for 2 years. The use of all plant treatment options stimulated the growth of the leaf surface area of plants. The maximum indicators (17.3 m2/ha) were in the option - Humate + 7 + PS-17. Double application of the biopreparation Bigus Extra ensured the maximum yield increase of 13.88%, but its positive effect was due to a more significant increase in yield in the dry year of 2023. In 2024, the yield for all experimental options with treatments was approximately at the same level.
humic preparations, spring barley (Hordeum vulgare), endophytic bacteria, growth stimulants.
Одним из наиболее перспективных направлений в защите сельскохозяйственных культур от вредных биологических объектов, можно назвать внедрение в технологию возделывания биологических препаратов, производимых на основе природных агентов [1,2]. Данная группа препаратов полностью соответствует требованиям биологического земледелия, сохраняя благоприятные экологические условия внутри агроценозов, как для развития самих растений, так и для развития полезной биоты [3]. Помимо прямого воздействия на фитопатогены, использование биопрепаратов может оказывать положительное влияние на иммунные процессы растений, что в свою очередь позволяет снизить потери от абиотических стрессовых факторов [4]. Имея в своей основе, в большинстве случаев, живые микроорганизмы или продукты их метаболизма, биопрепараты, при попадании в верхние слои почвы, способны становиться частью микробиома почвы или оказывать положительное влияние на него [5].
Все больший интерес, в качестве агентов потенциально пригодных для создания и разработки биопрепаратов, вызывают интерес эндофитные бактерии [6]. Эндосфера растения-хозяина является особой средой обитания для данной группы микроорганизмов, так как способна обеспечивать их всеми необходимыми элементами для поддержания процессов жизнедеятельности, а также защищать от неблагоприятных факторов окружающей среды [7,8]. Они обнаруживаются, как на вегетативных органах растений, так и на генеративных, в том числе и на корневой системе [9]. Помимо этого, эндофитные бактерии могут встречаться не только на тканях растений, но и в верхних слоях почвы [10].
Несмотря на то, что еще накоплено не так много сведений о влиянии на экологическое и физиологическое состояние растений эндофитных бактерий, они являются перспективными агентами при разработке биопрепаратов [11]. Имеется ряд исследований, посвященных изучению влияния данной группы бактерий на фитопатогенные микроорганизмы в рамках интегрированной системы защиты растений [12]. В частности, при изучении бактерий рода Bacillus spp удалось установить их ингибирующий эффект на рост и развитие возбудителей грибных заболеваний растений, за счет способности продуцировать противогрибковые липопептиды [13]. Использование биопрепаратов на основе эндофитных бактерий способно оказывать ростостимулирующий эффект на проростки растений, положительно сказаться на адаптивных процессах к вегетационным условиям [14,15]. В литературе встречаются материалы исследований, показывающие способность отдельных штаммов эндофитных бактерий оказывать влияние на процент всхожести и выживаемости семенного материала многих сельскохозяйственных культур [16].
Республика Татарстан находится в зоне рискованного земледелия, где растения на протяжении всего вегетационного периода подвергаются различным абиотическим стрессам [17]. В следствие чего особое значение приобретает внедрение антистрессовых препаратов в систему возделывания сельскохозяйственных культур, в частности гуминовых препаратов [18]. Данная группа препаратов подходит, как для обработки семенного и посадочного материала, так и для некорневого внесения по вегетирующим растениям [19]. Гуминовые вещества даже в малой концентрации способны оказывать ростостимулирующий эффект, воздействовать на процессы фотосинтеза, а также сказываются на интенсивности минерального питания и устойчивости растений к биотическим и абиотическим стрессам. Подобный эффект наблюдается на многих возделываемых культурах, в том числе и на яровом ячмене [20,21].
Учитывая все вышеизложенное, целью настоящей работы являлась оценка эффективности применения смесей биопрепарата на основе эндофитной бактерии Bacillus mojavensis PS-17 и различных гуминовых биостимуляторов на яровом ячмене зернофуражного назначения сорта Раушан.
Условия, материалы и методы.
Закладка и проведение полевого опыта происходили в Лаишевском районе Предкамской зоны Республики Татарстан на территории опытных полей Агробиотехнопарка Казанского ГАУ в 2023-2024 годах. В качестве объекта для исследования был выбран яровой двурядный пленчатый ячмень сорта Раушан. Репродукция семян – элита. На опытном участке были серые лесные суглинистые почвы, характеризующиеся содержанием гумуса 4%, подвижного фосфора 275 мг/кг почвы по Кирсанову и обменного калия 185 мг/кг почвы по Кирсанову, рН 6,1 в солевой вытяжке. Показатель реакции почвенного раствора близок к нейтральному (рНсол. – 6,1). Для агроклиматических условий 2023 года характерны были засушливые периоды на протяжении всего периода вегетации ячменя. В июне месяце количество выпавших осадков составило всего 6 мм, при средне многолетнем значении 57 мм. В июле и августе 33 мм. и 20 мм., при норме 62 мм. и 55 мм. соответственно. В 2024 году на территории Предкамья Республики Татарстан также отмечались периоды с низкой влагообеспеченностью. Так количество осадков, выпавших в мае месяце составило 52,9 мм, при среднемесячной норме в этот период 38,0 мм. Июнь месяц характеризовался, как засушливый период, так как выпало 15,8 мм. осадков, при среднемноголетней норме 57 мм. За июль месяц количество осадков выпало 56,1 мм, что на 5,9 мм. меньше среднего многолетнего значения.
Полевой опыт был заложен по следующей схеме:
- Контроль (без применения эндофитных бактерий и гуминовых препаратов);
- Опрыскивание растений Гумат +7 0,5 л/;
- Опрыскивание растений Бигус экстра 0,5 л/га;
- Опрыскивание растений препаратом на основе Bacillus mojavensis PS-17 1 л/га КОЕ не менее 5×109в 1 мл;
- Опрыскивание растений баковой смесью: Гумат +7 0,5 л/га и препаратом на основе Bacillus mojavensis PS-17 1 л/га КОЕ не менее 5×109в 1 мл;
- Опрыскивание растений баковой смесью: Бигус экстра 0,5 л/га и препаратом на основе Bacillus mojavensis PS-17 1 л/га КОЕ не менее 5×109в 1 мл;
Препараты в баковых смесях смешивались одновременно, не позднее чем за 1 час до обработки вегетирующих растений. Гуминовый препарат Гумат +7 «здоровый урожай» производится на основе бурого угля. Гуминовый препарат Бигус экстра производится на основе сапропеля.
Закладка опыта произведена в трехкратной повторности. Площадь опытных делянок составляла 25 м2, учетная площадь делянок составила 20 м2. Опрыскивание вегетирующих растений осуществлялось дважды – в фазы выхода в трубку и колошения. Норма расхода рабочего раствора составляла 200 л/га.
Совместно с проведением предпосевной культивации вносились минеральные удобрения, а именно нитроаммофоска 150 кг/га. Агротехнология возделывания культуры составлена на основе зональных рекомендаций по возделыванию ярового ячменя в условиях Республики Татарстан (ТатНИИСХ ФИЦ КазНЦ РАН).
Результаты и обсуждения.
Результаты оценки процента развития сетчатой пятнистости в фазу молочной спелости на яровом ячмене сорта Раушан представлены в таблице 1.
Таблица 1 – Показатели развития сетчатой пятнистости при использовании биопрепаратов на яровом ячмене в фазу молочной спелости, %, 2023-2024 гг.
|
Вариант |
2023 г. |
2024 г. |
В среднем за 2 года |
Биологическая эффективность*, % |
|
Контроль |
26,0 |
30,0 |
28,0 |
- |
|
Гумат +7 |
20,0 |
24,0 |
22,0 |
21,4 |
|
Бигус экстра |
20,0 |
25,0 |
22,5 |
19,6 |
|
Bacillus mojavensis PS-17 |
18,0 |
22,0 |
20,0 |
28,6 |
|
Гумат +7 + Bacillus mojavensis PS-17 |
18,0 |
24,0 |
21,0 |
25,0 |
|
Бигус экстра + Bacillus mojavensis PS-17 |
20,0 |
23,0 |
21,5 |
23,2 |
*Примечание – биологическая эффективность определялась по формуле Аббота по средним значениям за 2 года.
Показатели развития сетчатой пятнистости листьев ярового ячменя, в агроклиматических условиях 2024 года, были сравнительно выше, чем в 2023 году. При этом, использование в перирод вегетации для обработки растений всех изучаемых препаратов позволило снизить интенсивность развития заболевания в среднем на 5-8%. Несколько больший эффект по показателю биологической эффективности контроля развития сетчатой пятнистости листьев (в среднем за 2 года) имел вариант с обработкой растений биопрепратом на основе эндофитной бактерии Bacillus mojavensis PS-17.
На территории Республики Татарстан ежегодно на протяжении всего периода вегетации наблюдается поражение растений ячменя корневыми гнилями. Наиболее распространенными возбудителями данного микоза являются грибы из родов Helminthosporium и Fusarium.
Таблица 2 – Развитие корневой гнили ярового ячменя сорта Раушан при использовании гуминовых препаратов и эндофитных бактерий в фазу молочной спелости, %, 2023-2024 гг.
|
Вариант |
2023 г. |
2024 г. |
В среднем за 2 года |
Биологическая эффективность*, % |
|
Контроль |
36,0 |
36,3 |
36,2 |
- |
|
Гумат +7 |
30,0 |
33,6 |
31,8 |
12,2 |
|
Бигус экстра |
34,0 |
33,9 |
34,0 |
6,1 |
|
Bacillus mojavensis PS-17 |
30,0 |
32,7 |
31,4 |
13,3 |
|
Гумат +7 + Bacillus mojavensis PS-17 |
29,0 |
33,3 |
31,2 |
13,8 |
|
Бигус экстра + Bacillus mojavensis PS-17 |
30,6 |
33,6 |
32,1 |
11,3 |
*Примечание – биологическая эффективность определялась по формуле Аббота по средним значениям за 2 года.
В целом, все варианты обработки изучаемыми биопрепаратами оказали положительное влияние на снижение развития заболевания в фазу молочной спелости зерна, показатели снизились на 2-7% к контролю. По показателю биологической эффективности совместное применение Гумат +7 + Bacillus mojavensis PS-17 обеспечило максимальную величину биологической эффективности (13,8%).
Площадь листового аппарата играет ведущую роль в формировании урожая ячменя (табл. 3).
Таблица 3 – Площадь листовой поверхности ярового ячменя сорта Раушан (фаза колошения), тыс. м2/га, 2023-2024 гг.
|
Вариант |
2023 г. |
2024 г. |
В среднем за 2 года |
Отклонение от контроля |
|
|
тыс. м2/га |
% |
||||
|
Контроль |
15,2 |
17,2 |
16,20 |
- |
- |
|
Гумат +7 |
16,2 |
18,1 |
17,15 |
+0,95 |
+5,86 |
|
Бигус экстра |
16,1 |
17,8 |
16,95 |
+0,75 |
+4,63 |
|
Bacillus mojavensis PS-17 |
15,9 |
18,4 |
17,15 |
+0,95 |
+5,86 |
|
Гумат +7 + Bacillus mojavensis PS-17 |
16,0 |
18,6 |
17,30 |
+1,10 |
+6,79 |
|
Бигус экстра + Bacillus mojavensis PS-17 |
15,9 |
18,6 |
17,25 |
+1,05 |
+6,48 |
|
НСР05 |
1,03 |
1,26 |
|
|
|
Обработка изучаемыми препаратами оказала положительное влияние на развитие ассимиляционной поверхности. В среднем за весь период наблюдения, наибольшая площадь листьев наблюдалась в варианте опыта с совместным применением препарата Гумат +7 «здоровый урожай» и биопрепарата на основе Bacillus mojavensis PS 17 (прибавка к контролю составила 1,1 тыс. м2/га или же 6,79%).
|
Вариант |
2023 г. |
2024 г. |
В среднем за 2 года |
Отклонение от контроля |
|
|
т/га |
% |
||||
|
Контроль |
4,72 |
5,22 |
4,97 |
- |
- |
|
Гумат +7 |
5,13 |
5,33 |
5,23 |
0,26 |
5,23 |
|
Бигус экстра |
5,97 |
5,35 |
5,66 |
0,69 |
13,88 |
|
Bacillus mojavensis PS 17 |
5,52 |
5,32 |
5,42 |
0,45 |
9,05 |
|
Гумат +7 + Bacillus mojavensis PS 17 |
5,52 |
5,31 |
5,42 |
0,45 |
9,05 |
|
Бигус экстра + Bacillus mojavensis PS 17 |
5,57 |
5,34 |
5,46 |
0,49 |
9,86 |
|
НСР05 |
0,47 |
0,28 |
|
|
|
Использование всех изучаемых биопрепаратов способствовало повышению урожайности ярового ячменя сорта Раушан. Вегетационный период 2024 года характеризовался большим количеством выпавших осадков, что также в сочетании с применяемыми препаратами, способствовало большему росту урожайности, в сравнении с 2023 годом. По показателю средней урожайности за 2 года исследования, прирост к урожаю составлял от 5,23% до 13,88%. Наибольшую прибавку к урожаю удалось получить в варианте с применением для некорневого внесения в фазы выхода в трубку и колошения гуминового препарата Бигус экстра, где прибавка составила 13,88% или 0,69 т/га.
При возделывании ярового ячменя на кормовые цели, одним из наиболее важных показателей является содержание в зерне белка (табл.5). Несмотря на то, что 2023 год был более засушливым, в сравнении с 2024 годом, в зерне ярового ячменя отмечалось большее накопления белка. Так в 2023 году этот показатель варьировал в диапазоне от 14,8% до 16,4%, тогда как в 2024 году этот показатель составлял от 12,6% до 13,0%. На протяжении 2-х лет исследования наибольшая прибавка к содержанию белка в зерне отмечалась в опыте с применением биопрепарата Бигус экстра и в среднем за 2 года наблюдения она составила 1% к контролю.
Таблица 5 – Содержание белка (% на сухое вещество) в зерне ярового ячменя сорта Раушан при использовании гуминовых препаратов и эндофитных бактерий, 2023-2024 годы
|
Вариант |
2023 г. |
2024 г. |
В среднем за 2 года |
Прибавка к контролю |
|
Контроль |
14,8 |
12,6 |
13,7 |
- |
|
Гумат +7 |
15,2 |
12,6 |
13,9 |
0,2 |
|
Бигус экстра |
16,4 |
13,0 |
14,7 |
1,0 |
|
Bacillus mojavensis PS 17 |
16,0 |
12,7 |
14,4 |
0,7 |
|
Гумат +7 + Bacillus mojavensis PS 17 |
15,9 |
12,6 |
14,3 |
0,6 |
|
Бигус экстра + Bacillus mojavensis PS 17 |
15,9 |
12,8 |
14,4 |
0,7 |
|
НСР05 |
0,95 |
0,99 |
|
|
1. Charkov SM. [Biopreparations as a basis for biological methods of plant protection]. Vestnik Khakasskogo gosudarstvennogo universiteta im. N.F. Katanova. 2019; 1(27). 45-47 p.
2. Zamotaylov AS, Belyy AI, Bedlovskaya IV. Aktualnye problemy integrirovannoy ekologizirovannoy i biologicheskoy zashchity rasteniy ot vrediteley. [Actual problems of integrated ecologically friendly and biological protection of plants from pests]. Kubanskiy gosudarstvennyy agrarnyy universitet imeni I.T.Trubilina. 2-e izdanie, ispravlennoe i dopolnennoe. Krasnodar: Kubanskiy gosudarstvennyy agrarnyy universitet imeni I.T.Trubilina. 2019; 115 p. – ISBN 978-5-00097-955-6.
3. Melnikova KM, Evdakova MV, Ikusov RA. [Biological method of plant protection from harmful organisms]. Nauchnyy zhurnal molodykh uchenykh. 2023; 5(35). 2-6 p.
4. Nesterova OP, Prokopeva MV, Chernov AV. [Influence of biopreparations on plant adaptation]. Vestnik Chuvashskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2023; 3(26). 23-28 p. – doihttps://doi.org/10.48612/vch/7phe-hp1h-hgfr.
5. Garipova RF, Deryabin SN, Stolpovskikh AE. [Influence of natural zeolite and biopreparations on the physical properties of soil and its fertility]. Nauchnye izvestiya. 2022; 30. 18-23 p.
6. Grineva IA, Lomonosova VA, Maslak DV. Vliyanie inokulyatsii endofitnymi bakteriyami rastenii kartofelya na ego produktsionnuyu sposobnost. Nauka i obrazovanie: teoriya i praktika. [The effect of inoculation of potato plants with endophytic bacteria on its productive capacity. Science and education: theory and practice]. Materialy Mezhdunarodnoy (zaochnoy) nauchno-prakticheskoy konferentsii, Neftekamsk, 18 dekabrya 2020 goda. Pod obshchey redaktsiey A.I.Vostretsova. Neftekamsk: Nauchno-izdatelskiy tsentr “Mir nauki” (IP Vostretsov Aleksandr Ilich). 2020; 33-39 p.
7. Petrova SN, Andronov EE, Belimov AA. [Changes in the structure of the prokaryotic community in the rhizosphere of spring rape (Brassica napus L.) depending on the introduction of bacteria that utilize 1-aminocyclopropane-1-carboxylate]. Mikrobiologiya. 2020; Vol.89. 1. 121-128 p. – doihttps://doi.org/10.31857/S0026365620010115.
8. Abramova AA, Shaymullina GKh. [Assessment of quantitative changes in the microbiome of soil and plants of spring wheat at the early stages of its development when treated with biopreparations in field experiments in 2020 and 2021]. Agrobiotekhnologii i tsifrovoe zemledelie. 2022; 3(3). 6-11 p. – doihttps://doi.org/10.12737/2782-490X-2022-6-11.
9. Sorokan AV, Iskandarova ZF, Blagova DK. [The role of surfactin of endophytic bacteria Bacillus subtilis 26D in the development of symbiotic relationships with potato plants]. Ekobiotekh. 2019; Vol.2. 3. 257-261 p. – doihttps://doi.org/10.31163/2618-964X-2019-2-3-257-261.
10. Vasileva EN, Akhtemova GA, Zhukov VA, Tikhonovich IA. [Endophytic microorganisms in fundamental research and agriculture]. Ekologicheskaya genetika. 2019; Vol.17. 1. 19-32 p. – doihttps://doi.org/10.17816/ecogen17119-32.
11. Maslennikova VS, Tsvetkova VP, Nersesyan SM. [The influence of bacteria of Bacillus genus on soil microbiota during pre-planting treatment of potatoes]. Plodorodie. 2022; 1(124). 50-53 p. – doihttps://doi.org/10.25680/S19948603.2022.124.13.
12. Diabankana RZhK, Safin RI. [Evaluation of the effect of biopreparations during the growing season on the microbiome of spring wheat seeds]. Agrobiotekhnologii i tsifrovoe zemledelie. 2023; 1(5). 22-26 p. – doihttps://doi.org/10.12737/2782-490X-2023-22-26.
13. Verma SK, White JF. Indigenous endophytic seed bacteria promote seedling development and defend against fungal disease in browntop millet (Urochloaramosa L.). J. Appl. Microbiol. 2018; Vol.124. 764-778 p.
14. Bukharina IL, Islamova NA, Lebedeva MA. [Effect of root system inoculation with the endophyte cylindrocarpon magnusianum on plant performance under the influence of heavy metal salts]. Rossiyskaya selskokhozyaystvennaya nauka. 2020; 6. 24-29 p. – doihttps://doi.org/10.31857/S250026272006006X.
15. Allagulova ChR, Avalbaev AM, Lubyanova AR. [Effect of Bacillus subtilis 10-4 on the hormonal system and water regime indicators of wheat plants during dehydration]. Biomika. 2023; Vol.15. 1. 33-40 p. – doihttps://doi.org/10.31301/2221-6197.bmcs.2023-5.
16. Kuramshina ZM, Smirnova YuV, Khayrullin RM. [Species responsiveness of agricultural crops to seed inoculation with cells of endophytic bacteria B. Subtilis]. Nauchnaya zhizn. 2019; Vol.14. 3(91). 279-287 p. – doihttps://doi.org/10.26088/INOB.2019.91.29682.
17. Kadomtseva ME. [Assessment of the influence of climate risk factor on the sustainable development of the grain industry of the Republic of Tatarstan]. Upravlenie ustoichivym razvitiem. 2022; 5(42). 12-19 p. – doihttps://doi.org/10.55421/2499992X_2022_5_12.
18. Bakaeva NP, Saltykova OL. [Anti-stress effect of organomineral fertilizers in winter wheat agrotechnology]. Vestnik Ulyanovskoy gosudarstvennoy selskokhozyaystvennoy akademii. 2020; 4(52). 65-72 p. – doihttps://doi.org/10.18286/1816-4501-2020-4-65-72.
19. Antipova TA, Babaytseva TA. [Influence of pre-sowing seed treatment and crop spraying on the formation of spring barley yield]. Permskiy agrarnyy vestnik. 2022; 2(38). 49-56 p. – doihttps://doi.org/10.47737/2307-2873_2022_38_49.
20. Sergeeva AA, Gasimova GA. [Influence of a humic preparation on the growth and development of cereal crops]. Uchenye zapiski Kazanskoy gosudarstvennoy akademii veterinarnoy meditsiny im. N.E. Baumana. 2022; Vol.252. 4. 228-232 p. – doihttps://doi.org/10.31588/2413_4201_1883_4_252_228.
21. Neverov AA, Vereshchagina AA, Uraskulov RSh. [Influence of humic preparations on the assimilation of mineral nutrition elements by barley crops]. Zhivotnovodstvo i kormoproizvodstvo. 2021; Vol.104. 3. 114-126 p. – doihttps://doi.org/10.33284/2658-3135-104-3-114.
