CC BY
23
УДК 576.851.513:551.345:633.34
влияние бактерий из многолетнемерзлых пород на холодоустойчивость сои
В.Н. ТИМОФЕЕВ1, кандидат сельскохозяйственных наук, главный научный сотрудник
Е.П. РЕНЕВ1, кандидат сельскохозяйственных наук, директор
А.М. СУББОТИН2, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник
Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Северного Зауралья, ул. Бурлаки, 2, пос. Московский, Тюменская обл., 625501, Российская Федерация
2Тюменский научный центр СО РАН, ул. Малыгина, 86, Тюмень, 625048, Российская Федерация
е-mail: Timofeev_VN2010@mail.ru
Резюме. Лабораторные исследования проведены на семенах яровой мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.) сорта Икар и сои (Glycine max (L.) Merr) сорта СибНИИК-315. В работе использовали штамм B1T (Bacillus megaterium), выделенный из кернов многолетнемерзлых пород, полученных при бурении скважин на глубину до 35 м. Цель исследований - провести оценку влияния бактерий из многолетнемёрзлых пород (ММП) на холодоустойчивость растений сои и яровой пшеницы. Семена пшеницы и сои обрабатывали из расчета 1 мл бактериальной суспензии (1х1013 м.к./мл) и 1 мл дистиллированной воды (контроль) на 10 г семян с экспозицией семян в течение 1 ч. Семена высевали по 100 шт. в 4 повторениях и проращивали в течение 20 дн. при температуре +22 и +10 градусов. Определяли холодостойкость растений, энергию прорастания, всхожесть, длину ростков, массу корней и ростков. Применение биопрепарата для обработки семян сои и яровой пшеницы способствовало повышению холодостойкости обеих культур, влияло на повышение энергии, силы роста и морфофизиологических параметров растений сои. В большинстве наблюдений положительное влияние бактерий на развитие в начальные фазы роста, стимуляцию прорастания отмечали при обработке семян сои, что предопределяет большее влияние бактерий на физиологию двудольных теплолюбивых культур. Обработка семян биоматериалом из ММП повысила холодостойкость сои на 11,0%, пшеницы - на 8,0%. Количество здоровых ростков при определении силы роста увеличилось на 9,0% при обработке семян сои биопрепаратом, за счет активизации прорастания семян и роста более слабых растений. Увеличение массы ростков составило 4,7%, корней - 12,0%, длины стебля хорошо развитых растений - 30,5% и слабых растений - 81,1%. Отмечено слабое влияние биопрепарата на параметры роста яровой пшеницы, что может быть обусловлено разными физиологическими особенностями культур и степенью холодоустойчивости. Ключевые слова: бактерии, соя, яровая пшеница, холодоустойчивость, всхожесть, морфофизиологические параметры.
Для цитирования: Тимофеев В.Н., Ренев Е.П., Субботин А.М Влияние бактерий из многолетнемерзлых пород на холодоустойчивость сои // Достижения науки и техники АПК. 2015. Т. 29. № 10. С. 24-26.
Повышение адаптивных свойств сельскохозяйственных культур связано с изменением условий, приемов и технологий возделывания. Для решения данной задачи постоянно ведется поиск эффективных и экологически безопасных биологически активных средств, стабильно влияющих на рост и развитие растений, устойчивость к неблагоприятным условиям среды и фитопатогенным микроорганизмам. Существует широкий спектр бактериальных препаратов, направленных на получение
более высокого урожая, повышение устойчивости растений к патогенной микрофлоре, а также защиту от насекомых-вредителей [1].
Бактерии рода Bacillus широко используют в медицине, животноводстве, сельском хозяйстве и, по мнению многих авторов, эти бактерии перспективны и технологичны в производстве и применении [1, 2].
Они способны синтезировать регуляторы роста, антибиотики, биологически активные вещества, способствуют повышению плодородия и формированию супрессивности почв, обладают высокой приспособляемостью к условиям ризосферы, толерантностью к антропогенным воздействиям, вызывают активацию защитных реакций растений, а также увеличение содержания питательных веществ в формах, доступных для растений [1, 3-5].
Микроорганизмы, выделенные из многолетнемерзлых пород (ММП) учеными Института Криосферы земли СО РАН, способны длительно сохраняться в условиях низких температур и замедленного метаболизма. Бактерии, вынужденные адаптироваться к неблагоприятным факторам среды, могут обладать высокой приспособляемостью к почвенно-климатическим условиям Западной Сибири и, вероятно, обладать более продолжительным сроком жизни в ризосферной зоне растений, по сравнению с уже разработанными биопрепаратами. Создание фитостимуляторов на основе бактерий, выделенных из ММП, представляется перспективным.
Применяют различные способы повышения холодоустойчивости растений: оптимизация минерального питания, закаливание, обработка посевов и семян специальными веществами.
Говоря о холодоустойчивости сельскохозяйственных культур, следует разделять резистентность к пониженным температурам в течение всего вегетационного периода (общую устойчивость) и неуязвимость к пониженным температурам в отдельные периоды развития, например, в период прорастания, образования первого листа, цветения и так далее [6-9].
Холодоустойчивость растений в значительной мере связана с преобладанием в молекулах фосфолипидов ненасыщенных жирных кислот, обладающих низкой температурой плавления, благодаря чему цитоплаз-матические мембраны даже при сильном охлаждении не застывают и сохраняют довольно высокую проницаемость для воды и растворенных веществ [10]. Сою относят к культурам сравнительно раннего срока посева. Оптимальная температура почвы на глубине заделки семян для дружного появления всходов культуры - 12-15°С [11].
По данным исследований ВНИИМК, одно из основных требований к сортам сои, предназначенным для выращивания при ранних сроках посева, заключается в повышенной активности метаболизма на стадии прорастания семян при пониженных положительных (5-6°С) температурах почвы, обеспечивающей ранние всходы и устойчивость закаленных растений на начальных этапах онтогенеза (всходы - первый тройчатый лист)
Таблица 1. влияние бактерий на всхожесть и холодостойкость культур
Вариант Температура проращивания, °C Всхожесть, % Уровень холодостойкости, %
Соя (контроль) +20 85,25 91,0
Соя (контроль) + 10 77,70
Соя (биопрепарат) +20 85,00 102,0
Соя (биопрепарат) + 10 86,75
нср05 + 10 1,29
+20 7,90
Пшеница (контроль) +20 92,25 94,0
Пшеница (контроль) +10 87,25
Пшеница (биопрепарат) +20 90,00 102,0
Пшеница (биопрепарат) +10 92,25
НСР05 +10 12,90
+20 6,14
к кратковременным заморозкам с температурами не менее -3°С [3, 12].
В этой связи цель исследований - оценить влияние штамма рода Bacillus, выделенного из ММП, на мор-фофизиологические параметры и холодоустойчивость современных растений сои и пшеницы.
Условия, материалы и методы. Лабораторные исследования проведены на семенах яровой мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.) сорта Икар, зарегистрированного в 4, 10, 11 регионах РФ, и сои (Glycine max (L.) Merr) сорта СибНИИК-315, зарегистрированного в 4, 7, 9, 10 регионах. Сорт СибНИИК-315 среднеустой-чив к холоду, засухе, засолению почвы, устойчив к полеганию.
В работе использовали штамм B1T микроорганизма Bacillus megaterium, выделенный из кернов многолет-немерзлых пород, полученных при бурении скважин на глубину до 35 м.
Семена пшеницы и сои обрабатывали в дозах 1 мл бактериальной суспензии (1 х 1013 м.к./мл) с добавлением сахара 50 г/л раствора и 1 мл дистиллированной воды (контроль) на 10 г семян с экспозицией в течение 1 ч. Затем семена высевали по 100 шт. в четырехкратном повторении в растильни, заполненные прокаленным песком, увлажненным до 60% для семян пшеницы и до 80% для семян сои. Оценку холодостойкости проводили по методическому руководству ВИР [13]. Семена яровой пшеницы и сои проращивали в лабораторных условиях в течении 20дн.при температуре +20°С и в холодильной камере при температуре +10°С.
Коэффициент холодостойкости вычисляли как отношение процента взошедших семян при низкой температуре к проценту взошедших семян при оптимальной температуре в течение 20 дн. проращивания. На 20 сут. эксперимента проводили подсчет проросших зерновок и определяли следующие морфометрические параметры проростков: длина ростков, масса корней и ростков.
Определение силы роста семян проводили по ГОСТ 12040-66, она характеризуется способностью ростков пробиваться через определенный слой песка и массой этих ростков. Всхожесть семян определяли по ГОСТ 12038-84 на седьмые сутки, а также на третьи сутки оценивали энергию их
Таблица 2. влияние бактерий на силу роста семян
прорастания, которая характеризует дружность прорастания.
Статистическую обработку данных проводили с помощью программы Snedecor V5.
результаты и обсуждение. Уровень холодостойкости растений - один из факторов устойчивости к неблагоприятным условиям среды в начальный период развития. В наших исследованиях мы попытались смоделировать условия среды с положительными низкими (+10°С) и оптимальными (+20°С) температурами и определить влияние бактерий из ММП на начальные фазы роста и параметры развития растений сои и пшеницы. Всхожесть семян изучаемых культур при благоприятных условиях (+20°С) под влиянием биопрепарата не отличалась от контроля или немного превышала его. При критической температуре +10°С отмечено ее увеличение в случае использования биопрепарата, по сравнению с контролем, до уровня оптимальных температур (табл. 1). Уровень холодостойкости культур под действием микроорганизмов повышался до 102%, при величине этого показателя в контроле на сое - 91,0%, на пшенице - 94,0%, рост относительно контроля составил соответственно 11,0 и 8,0%.
Достоверное увеличение количества здоровых ростков сои наблюдали при обработке семян биопрепаратом (+9,0%), при этом семена пшеницы практически не реагировали на его применение (табл. 2). Использование изучаемого средства не сказалось на снижении количества невсхожих семян у обеих культур, но способствовало увеличению и активизации роста слабых зерен у сои, которые очень медленно прорастали. Так в контроле количество проросших, но не вышедших на поверхность семян достигало 14%, а применение биопрепарата снизило значение этого показателя в 2 раза. Полученные данные подтверждают росторегулирующую функцию биопрепарата из ММП, которая в большей степени имеет влияние на развитие и рост двудольных теплолюбивых культуры.
Масса ростков сои в пересчете на 100 растений составляла в контроле 80,0 г и возрастала при обработке биопрепаратом на 3,8 г или 4,7%, масса корней - 40,0 г (увеличение на 4,8 г или 12,0%). На яровой пшенице влияния на массу зародышевых органов не наблюдали.
Культура Здоровые ростки, % Масса 100 растений, г Здоровые ростки, не вышедшие на поверхность, % Невсхожие семена, %
ростков I корней
Соя (контроль) 70 80,00 40,00 14 16
Соя (биопрепарат) 79 83,79 44,80 7 14
Пшеница (контроль) 73 5,61 13,83 15 12
Пшеница (биопрепарат) 70 6,14 13,71 18 12
рисунок. Влияние бактерий на длину ростков, см: ростки.
При оценке влияния биопрепарата на рост растений в оптимальных условиях на сое отмечено увеличение длины стебля хорошо развитых растений на 3,58 см или 30,5% и слабых растений на -1,76 см или 81,1%. На пшенице разница в длине стебля развитых растений составляет 1,36 см (6,7%) и не отмечено различий у слабых растений (см. рисунок).
выводы. Оценка влияния биоматериала из ММП на растения сои и яровой пшениц ы показала положительный эффект на повышение уровня холодостойкости до 102%, его увеличение, относительно контроля, при обработке семян сои составило 11,0%пшеницы -8,0%.
Количество здоровых ростков повышалось на 9,0% при обработке семян сои биопрепаратом, за счет активизации прорастания семян и роста более слабых растений. Увеличение массы ростков составило 4,7%, корней - 12,0%, длины стебля хорошо развитых растений - 30,5% и слабых растений - 81,1%. Отмечено слабое влияние биопрепарата на параметры роста яровой пшеницы, что может быть обусловлено разными физиологическими особенностями культур и степенью холодоустойчивости.
развитые ростки; Q - слабые
Литература.
1. Мелентьев А.И. Аэробные спорообразующие бактерии Bacillus Cohn в агроэкосистемах. М.: Наука, 2007. 147 с.
2. Исаева К.Х. Образование гиббереллина и гибереллиноподобных веществ углеводородокисляющими бактериями // Вестник МГОУ - Естественные науки. 2009. № 4. С. 96-101.
3. Зеленцов С.В., Мошненко Е.В. Перспективы использования сверхранних посевов сои в условиях Краснодарского края // Масличные культуры: науч.-техн. бюл. ВНИИМК. Краснодар: КубГАУ, 2010. Вып. 1. С. 87-94.
4. Kuiper I., Bloemberg G.V., Lugtenberg B.J. Selection of a Plant-Bacterium Pair as a Novel Tool for Rhizostimulation of Polycyclic Aromatic Hydrocarbon-Degrading Bacteria // Mol. Plant Microbe Interact. 2001. Vol. 14. Is. 10. P. 1197-1205.
5. Lima B.D., Penido E.G.C. Inoculation in vitro of Wheat Seeding and Wheat Straw Cultures with Bacillus Azotofixans// Plant and soil. 1989. Vol. 113. Is. 1. P. 133-136.
6. Бобриков В.А. Изучение холодостойкости сортов сои в период посев-всходы // Селекция и агротехника возделывания сои на Дальнем Востоке: науч.-техн. бюл. Новосибирск: СО ВАСХНИЛ, 1988. С. 54-63.
7. Казмин Г. Т. Соя в Хабаровском крае // Приемы регулирования продуктивности сои: сб. науч. тр. Новосибирск: СО ВАСХНИЛ, 1987. С. 22-23.
8. Малышев К.С. Динамика прорастания сортов сои при низкой положительной температуре //Приемы регулирования продуктивности сои: сб. науч. тр. Новосибирск, 1987. С. 61-66.
9. Schuster W, Boehm J. Experience in soybean breeding in Middle Europe // Production and Utilization of Protein in Oilseed Crops. 1981. No 5. P. 158-176.
10. Кофели В.И., Сидоренко О.Д. Физиология растений с основами микробиологии: учебник для техникумов. М.: Агро-промиздат, 1991. 335 с.
11. Асанов А.М. Сравнительная продуктивность и основные агротехнические приемы выращивания скороспелых сортов сои в условиях южной лесостепи Западной Сибири: автореф. дис.... канд. с.-х. наук. Омск, 1998. 16 с.
12. Мошненко Е.В., Зеленцов С.В. Оценка устойчивости генотипов сои к пониженным температурам на начальных этапах онтогенеза // Роль ВОГиС в современном научном мире: материалы науч.-практ. конф. Кубанского отделения ВОГиС, 18-19 марта 2009 г. Краснодар: КубГАУ, 2009. С.114-115.
13. Диагностика устойчивости растений к стрессовым воздействиям: методическое руководство / С.Н. Дроздов, Г.В. Еремин, Э.Л. Климашевский [идр.]Л.: ВИР, 1988. 228 с.
influence of bacteria from permafrost rock on soybean cold resistance
V.N. Timofeev1, E.P. Renev1, A.M. Subbotin2
1Northern Trans-Urals Research Institute of Agriculture, ul. Burlaki, 2, pos. Moskovsky, Tyumensky r-n, Tyumenskaya obl., 625501, Russian Federation
2Tyumen Scientific Center of Siberian Branch of RAS, ul. Malygina, 86, Tyumen, Russian Federation
Summary. Laboratory tests were carried out on the seeds of Ikar variety of spring wheat (Triticum aestivum L.) and SibNIIK-315 variety of soybean (Glycine max (L.) Merr). We used the strain BIT of Bacillus megaterium, isolated from permafrost rocks obtained by drilling of holes to a depth of 35 m. The purpose of the research was to assess the impact of bacteria from the permafrost rocks on the cold resistance of plants of soybean and spring wheat. Seeds of wheat and soybean were treated with 1 ml of bacterial suspension (1x10E13 m.c./ml) and 1 ml of distilled water (control) per 10 g of seeds with 1 hour exposure. Seeds were sown in 100 pieces in four replications and were grown for 20 days at + 22 and + 10 degrees. We determined to cold resistance of plants, germination energy, germination, length of sprouts, weight of roots and shoots. Application of the biological preparation for the treatment of soybean and spring wheat seeds contributed to the improvement of cold resistance of both cultures, influenced the increase in the energy of growth and morphological and physiological parameters of soybean plants. In the majority of cases a positive effect of the bacteria on the development during the initial growth phases, the stimulation of germination was noted for soybean, which predetermines a greater impact of the bacteria on the physiology of dicotyledonous heat-loving crops. The treatment of seeds by biomaterial from permafrost rocks increased the cold resistance of soybean by 11.0% and of wheat by 8.0%. The number of healthy germs increased by 9.0% due to the treatment by the preparation of soybean seeds, because of activation of seed germination and growth of weak plants. The increase in shoot weight was 4.7%, roots-12.0%, the length of the stem of well developed plants-30.5% and weak plants-81.1%. It was noted a weak influence of the preparation on the parameters of spring wheat, which can be caused by different physiological characteristics of crops and the degree of cold hardiness.
Keywords: bacteria, soybean, spring wheat, cold resistance, germinating ability, morphological and physiological parameters. Author Details: V.N. Timofeev, Cand. Sc. (Agr.), chief research fellow (e-mail: Timofeev_VN2010@mail.ru); E.P. Renev, Cand. Sc. (Agr.), director; A.M. Subbotin, D. Sc. (Biol.), leading research fellow.
For citation: Timofeev V.N., Renev E.P., Subbotin A.M. Influence of Bacteria from Permafrost Rock on Soybean Cold Resistance. Dostizheniya naukii tekhnikiAPK. 2015. V. 29. No 10. pp. 24-26 (in Russ.).
