Биопрепараты на основе эндомикоризных грибов для повышения продуктивности сельскохозяйственных культур

Нурмухаметов Н. М.; Мифтахова A. M.; Багаутдинова Г. Г.; Киреева Н. А.

УДК 574:631.461:616.6

БИОПРЕПАРАТЫ НА ОСНОВЕ ЭНДОМИКОРИЗНЫХ ГРИБОВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ПРОДУКТИВНОСТИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР

1 Башкирский государственный аграрный университет Россия, Республика Башкортостан, 450001 г. Уфа, ул. 50 лет Октября, 34.

Тел./факс: +7 (347) 228 08 98.

1Башкирский государственный университет Россия, Республика Башкортостан, 450074 г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32.

Тел./факс: +7 (34 7) 273 6 7 2 7.

E-mail: [email protected].

На основе метаболитов эндомикоризных грибов Torula convoluta, Monila acremonium, Moezzia pernambucensis получены биопрепараты, названные соответственно Симбионт Х, Симбионт А и Симбионт В. Показано благоприятное воздействие обработки семян сельскохозяйственных растений на их рост, развитие и продуктивность.

Ключевые слова: метаболиты эндомикоризных грибов, всхожесть семян, линейный рост растений, урожайность.

Симбиотические микроорганизмы играют важную роль в жизни растений, обеспечивая их минеральное питание, защиту от патогенов и фитопатогенов, а также адаптацию к различным стрессам [1-3]. Наибольшее экологическое значение для растений имеют эндосимбионты - микоризные грибы, обеспечивающие ассимиляцию питательных (в основном фосфор- и азотсодержащих) веществ из почвы [4]. В настоящее время многообразные формы взаимоотношений грибов с растениями обусловили их использование в биотехнологии с целью микоризации растений для повышения их продуктивности. Среди наиболее перспективных биоагентов для создания ростостимулирующих биопрепаратов значительными являются везикулярно-арбускулярные микоризные (ВАМ) грибы [5]. Положительное действие ВАМ грибов проявляется в стимуляции роста сельскохозяйственных растений за счет увеличения поглощения лимитированных в почве питательных веществ. Эндомикоризные ВАМ грибы являются также высокоэффективными биоагентами - супрессорами почвенных фитопатогенов.

В данной работе представлены результаты исследований по выделению в чистую культуру эндомико-ризных грибов из корней облепихи и изучение влияния предпосевной обработки семян и опрыскивания вегетирующих растений метаболитами этих грибов на продуктивность сельскохозяйственных растений.

Материалы и методы

Из корней разновозрастной культуры растений облепихи, выращенной в разных зонах Республики Башкортостан, Н. М. Нурмухаметовым и Ф. М. Ха-бибуллиной были выделены микромицеты-микоризообразователи, представленные в табл. 1.

Чистые культуры грибов-эндофитов, выделенные из корней облепихи, культивировали в стерильной питательной среде следующего состава: глюкоза -8 г, К2НР04 - 0.6 г, КН2Р04 - 1.8 г, MgSO4 - 0.2 г, К2804 - 0.1 г. Ми804 и Ге804 - следы, аспарагин -20 мг на 1 л водопроводной воды. Культивирование грибов производили в течение 30 сут. при 28 °С.

Таблица 1

Видовой состав эндофитов облепихи

Место отбора корней облепихи Возраст облепихи Род и вид эндофитов Название

Совхоз Monila acremonium

«Шафраново» (плодопитомник) 3года Симбионт А

Совхоз Torula convoluta

«Шафраново» (плодопитомник) 2 года Симбионт Х

Плодопитомник «Иглинский» 2 года Moezzia per-nambucensis Симбионт В

Активные вещества гриба извлекались стерильным активированным углем, который добавляли в колбы после окончания культивирования из расчета 0.5%. Через 3 часа содержимое колб - уголь и гриб отфильтровывали на стерильный фильтр в вакууме, далее заливали 70%-ым этиловым спиртом, впоследствии бутилировали [6] и в дальнейшем использовали как основу биопрепарата для обработки семян сельскохозяйственных культур (яровая пшеница, подсолнечник, овес посевной, ячмень, горох).

Исследования проводили на опытных полях кафедры ботаники физиологии и селекции растений Башкирского государственного аграрного университета (БГАУ) (почва чернозем выщелоченный тяжелосуглинистый, гумус 9.8%, Кобщ 0.5%). Обработку семян биологическими препаратами проводили перед посевом и в дальнейшем посевы растений обрабатывали в фазу кущения, колошения (зерновые), 5-6 листьев и бутонизации (бобовые).

Для обработки семян препаратами Симбионт А, Симбионт В, Симбионт Х использовали 1 мл препарата, разбавленного в 10 л воды, на 1 т семян сельскохозяйственных растений.

Проверка эффективности метаболитов грибов-эндофитов проводилась на растениях яровой пшеницы, подсолнечника, гороха в лабораторных усло-

* автор, ответственный за переписку

виях. Для опытов были использованы чашки Петри; на трех слоях стерильной фильтровальной бумаги размещали по 100 штук семян яровой пшеницы, гороха и по 50 штук семян подсолнечника. В каждую чашку вносили по 20 мл дистиллированной воды (контроль) и по 20 мл грибов-эндофитов облепихи различной концентрации. Повторность опытов - шестикратная. Затем чашки Петри с семенами были помещены в термостат для выращивания при температуре 22 °С. Через трое суток определялась всхожесть семян, а на седьмые сутки измеряли длину проростков и корешков. Для выяснения эффективности препаратов нами были взяты метаболиты чистых культур грибов-эндофитов облепихи в концентрациях от 10-3 до 10-6 %.

Из данных табл. 1 видно, что видовой состав эн-домикоризных грибов, выделенных из корней облепихи, зависит от возраста растения и места его обитания.

Метаболиты чистой культуры гриба-эндофита Мое221а реташЬисеш1з, выделенные из корней двухлетней облепихи, выращенной в Иглинском плодосовхозе Иглинского района РБ (обозначение в тексте В), стимулировали всхожесть семян и ростовые процессы проростков яровой пшеницы (табл. 2). В контрольном варианте всхожесть семян

растений пшеницы составляла 82%, а в вариантах с метаболитами она возрастала от 86 до 96%. Следует отметить, что с уменьшением концентрации метаболитов гриба-эндофита В возрастали линейный рост и длина корней проростков корней яровой пшеницы.

Аналогичные данные получены при обработке семян подсолнечника. Как видно из данных табл. 2, метаболиты гриба-эндофита А стимулировали как всхожесть семян, так и прорастание семян растений подсолнечника, причем с уменьшением концентрации метаболитов возрастали всхожесть семян и линейный рост проростков.

Исследования, проведенные с семенами гороха, показали, что под влиянием метаболитов гриба-эндофита В в концентрации до 10-5% повышалась всхожесть семян на 4-6%, а также увеличивался линейный рост проростков и длина корешков. Уменьшение концентрации метаболитов от 10-5 до 10-6 % снижало как всхожесть семян, так и ростовые процессы гороха как в лабораторных, так и полевых условиях (табл. 2 и 3).

Предпосевная обработка семян метаболитами эндомикоризного гриба увеличивала полевую всхожесть гороха от 0.6 до 4.1%, а также продуктивность растений (табл. 3 и 4).

Действие препаратов Симбионт на всхожесть семян и ростовые процессы проростков яровой пшеницы, подсолнечника, гороха

Таблица 2

Варианты опытов

Число семян в чашке Петри, шт

Всхожесть семян, %

Линейный рост проростков, см

Длина корешков, см

Контроль (дистил. вода) Симбионт В в конц 10-3 % Симбионт В в конц 10-4 % Симбионт В в конц 10-5 % Симбионт В в конц 10-6 %

100

Яровая пшеница 82 86 94 96 86

2.2±0.05

2.7±0.05

7.8±0.18

8.5±0.4

8.2±0.4

1.7±0.06

2.8±0.14

3.5±0.17

4.6±0.2

4.1±0.2

Контроль (дистил. вода) Симбионт А в конц 10-3 % Симбионт А в конц 10-4 % Симбионт А в конц 10-5 % Симбионт А в конц 10-6 %

100

Подсолнечник

52

54

72

74

76

3.2±0.16

3.2±0.15

4.0±0.2

5.0±0.2

5.5±0.22

0.5±0.02

0.7±0.03

2.0±0.1

4.0±0.2

4.7±0.2

Горох

Контроль (дистил. вода) Симбионт Х в конц 10-3 % Симбионт Х в конц 10-4 % Симбионт Х в конц 10-5 % Симбионт Х в конц 10-6 %

100

68

74

72

68

2.1±0.05

2.7±0.13

3.2±0.15

2.6±0.15

1.6±0.08

3.9±0.2

4.3±0.2

4.6±0.2

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

3.9±0.2

3.7±0.2

Таблица 3

Влияние биопрепаратов Симбионт на полевую всхожесть семян гороха (учхоз БГАУ)

Вариант

Число высеянных семян, шт/м2

Количество всходов на м

Полевая всхожесть, %

Контроль (вода) 145 135±6.2 93.1

Симбионт А (0,003 % конц.) 145 138±6.4 95.2

Симбионт В (0,003 % конц.) 145 136±6.1 93.7

Таблица 4

Влияние биопрепаратов на линейный рост растений и накопление воздушно-сухой массы гороха (учхоз БГАУ)

Вариант Начало образования бобов Полная спелость семян

Линейный рост, см Воздушно-сухая масса 10 растений, г Линейный рост, см Воздушно-сухая масса 10 растений, г

Контроль (вода) 46 47 49 66

Симбионт А 52 48 54 68

Симбионт В 54 47 57 67

НСР05, см, г 4.5 1.6 3.2 0.7

Таким образом, наши исследования, проведенные в лабораторных условиях с яровой пшеницей, подсолнечником, горохом, семена которых обрабатывались метаболитами грибов-эндофитов, показали, что под воздействием препаратов несколько увеличивается всхожесть семян, а также улучшаются ростовые процессы растений. Тем не менее реакция различных культур, отличающихся по биологическим особенностям, неодинакова. Метаболиты по-разному действуют на всхожесть семян и ростовые процессы. Следует также отметить, что влияние метаболитов на растение зависит от их концентрации активных веществ и вида гри-ба-эндофита. Продукты метаболизма эндомикориз-ных грибов в виде витаминов, аминокислот и других, попадая в растения через корневую систему и вегетирующие органы, оказывают существенное влияние на обмен веществ в растительном организме. Несмотря на то что физиологически активные вещества синтезируются самими растениями, добавочное снабжение этими соединениями растений в оптимальных концентрациях улучшает рост и развитие этих культур.

Наряду с проблемой поиска оптимальной концентрации метаболитов, вырабатываемых эндомикориз-ными грибами облепихи, важный научный и практический интерес представляет вопрос эффективности биопрепаратов в зависимости от сроков и способов их внесения на различные сельскохозяйственные культуры.

Данные о динамике накопления надземной воздушно-сухой массы и линейного роста растений яровой пшеницы приведены в табл. 5. Видно, что максимальный прирост биомассы растений приходится на фазы колошения - восковой спелости, а линейный прирост растений - кущения - колошения. Под влиянием биопрепаратов воздушно-сухая

надземная масса растений увеличивалась от 10 до 12% в фазе кущения. Предпосевная обработка семян биопрепаратом Симбионт В, а также обработка посевов биопрепаратами по вегетирующим растениям в фазах кущения и колошения не давала существенного увеличения биомассы растений яровой пшеницы. Следует отметить, что предпосевная обработка семян биопрепаратами повышала воздушно-сухую массу растений в фазе восковой спелости на 14-15% против контроля. Линейный рост растений яровой пшеницы в зависимости от способов и сроков внесения биопрепаратов увеличивался от 3 до 5 см по отношению к контролю, т.е. изучаемые биопрепараты существенно не влияли на длину стеблей и листьев.

В табл. 6 представлены данные о структуре урожая и урожая зерна яровой пшеницы. Из нее видно, что инкрустация семян (предпосевная обработка) и обработка посевов биопрепаратами вегетирующих растений в фазах кущения и колошения способствовали некоторому увеличению числа сохранившихся растений к уборке в вариантах опытов с предпосевной обработкой и в фазе колошения. Под влиянием биопрепаратов несколько увеличивалась продуктивная кустистость яровой пшеницы при опрыскивании посевов в фазе кущения. В контрольном варианте продуктивная кустистость составила 1.23, тогда как при опрыскивании биопрепаратом Симбионт В она возросла до 1.37. Различия достоверны при Р > 0.95. При обработке биопрепаратами как линейный рост растений, так и длина колоса яровой пшеницы изменялись незначительно.

Обработка семян перед посевом биопрепаратами, а также их внесение в фазы кущения и колошения практически не влияли на массу 1000 зерен,

которая колебалась по вариантам опыта от 41.1 до 42.2 г. Урожай яровой пшеницы составлял по вариантам опытов 2.47 - 2.87 т/га. В зависимости от сроков и способов внесения биопрепаратов величина урожая была неодинакова. Так, предпосевная обработка семян яровой пшеницы биопрепаратом симбионт В повышала урожай зерна на 0.17 т/га (6.9 %) по сравнению с контролем. Опрыскивание посевов в фазе кущения пшеницы препаратом Симбионт В повышало урожай зерна от 8.5 до 12.0% по сравнению с контролем. Аналогичная прибавка урожая получена при опрыскивании посевов в фазе колошения яровой пшеницы.

В табл. 7 представлены данные по влиянию обработки семян симбионтом на урожай гороха. Предпосевная обработка семян биопрепаратом Симбионт В повышал урожай гороха на 70% по сравнению с контролем. Причем при опрыскивании посевов гороха в период 4-5 листьев прибавка урожая была более значительной по сравнению с предпосевной обработкой семян биопрепаратами. Урожай зерна в контроле составил 1.78 т/га, тогда как опрыскивание посева биопрепаратом Симбионт В увеличивало прибавку урожая зерна гороха на 0.27 т (15.2%).

Таблица 5

Динамика накопления надземной массы и линейного роста растений яровой пшеницы (учхоз БГАУ)

Вариант Фазы роста и развития растений

Кущение Колошение Восковая спелость

Биомасса, г Линейный рост, см Биомасса, г Линейный рост, см Биомасса, г Линейный рост, см

Контроль (вода)

Семена обработаны препаратом Симбионт В

Контроль (вода)

Семена обработаны препаратом Симбионт В

Контроль (вода)

Семена обработаны препаратом Симбионт В

Семена обработаны перед посевом 1.18±0.05 43±2.1 2.25±0.11 66±3.3

1.47±0.05

48±2.4

2.80±0.12

71±3.5

Посевы обработаны препаратами в фазе кущения растений 1.29±0.05 46±2.2 2.47±0.11 65±3.3

1.35±0.05

48±2.3

3.45±0.17

68±3.3

Посевы обработаны препаратом в фазе колошения растений 1.23±0.04 43±2.1 2.53±0.11 64±3.2

1.30±0.05

47±2.3

2.75±0.11

69±3.4

3.78±0.17

5.82±0.29

5.12±0.26

6.11±0,3

3.63±0.16

4.00±0.2

84±4.2

95±4.7

83±4.1

94±4.7

91±4.5

93±4.5

Структура и урожайность яровой пшеницы (учхоз БГАУ)

Таблица 6

Вариант Число растений Линейный Масса 1000 Урожай зер- Прибавка

на 1 кв. м, шт рост, см зерен,г на, т/га т/га %

Контроль (вода) Симбионт В НСР05, т/га

Семена обработаны препаратами перед посевом 488 85 41.3 2.47

492 83 41.2 2.64

- - - 0.05

Посевы обработаны препаратами в фазе кущения растений

486 85 41.2 2.56

514 85 41.6 2.78

- - - 0.11

Посевы обработаны препаратами в фазе колошения растений

474 88 41.5 2.53

470 89 41.4 2.77

- - - 0.07

0.17

0.22

0.24

6.9

8.5

9.4

Таблица 7

Урожайность зерна гороха (учхоз БГАУ)

Вариант Предпосевная обработка семян биопрепаратами Опрыскивание посева в фазе 4-5 листьев

Урожай, т/га Прибавка Урожай, т/га Прибавка

т/га % т/га %

Контроль (вода) 1.74 1.78

Симбионт В (10-3 %) 1.80 0.06 3.4 2.03 0.25 14.0

НСР05, т/га

0.05

0.24

Таблица 8

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Влияние биопрепаратов на накопление воздушно-сухой надземной массы растений овса

Овес - начало выметывания Ячмень - «колошение-налив зерна»

Вариант Масса Прибавка Масса Прибавка

100 растений, г г % 100 растений, г г %

Контроль 149±7.1 - - 130±5.8 - -

Обработка семян препаратом Симбионт В 207±5.1 58±3.0 39 165±7.4 35±1.6 27

Обработка семян препаратом 180±0.8 31±1.14 21 175±8.1 45±2.2 35

Симбионт М

Следует отметить, что реакция растений на предпосевную обработку семян биопрепаратами различна и зависит от биологических особенностей культуры. Для растений овса в контроле надземная масса растений в фазе начала выметывания составляла 149 г. Предпосевная обработка семян препаратом Симбионт В дала прибавку массы растений на 39% по отношению к контролю. Препарат Симбионт А увеличивал массу растений овса на 21.026.8% по сравнению с контролем (табл. 8).

Результаты определения биомассы растений ячменя представлены в табл. 8. В контроле масса растений 130 г. Предпосевная обработка семян препаратом Симбионт В дала прибавку массы растений на 27% по отношению к контролю. Под влиянием биопрепаратов наблюдалось увеличение воздушно-сухой надземной массы растений овса и ячменя.

Таким образом , проведенные исследования показали, что использование симбионтов эндоми-коризных грибов для обработки семян является эффективным приемом, оказывающим стимулирующее действие на биологическую активность почвы, урожайность и продуктивность сельскохозяйственных культур.

ЛИТЕРАТУРА

1. Проворов Н. А., Борисов А. Ю., Тихонович И. А. // Журнал общей биологии. 2002. Т. 63. №6. С. 451-472.

2. Воронина Е. Ю. // Микология сегодня. М., 2007. Т. 1. С. 142-234.

3. Пиголева С. В., Пиголев А. В., Захарченоко Н. С. // Актуальные проблемы биоэкологи: сб. матер. межд. конф. М., 2008. С. 174-176.

4. Дьяков Ю. Т. Грибы и растения. // Природа. 2003. №5. С. 73-78.

5. Дудик О. А., Кочетков В. В., Лабутова Н. М. // Агро XXI. 2006. №7-9. С. 25-27.

6. Нурмухаметов Н. М. Биологические пути повышения эффективного плодородия почв. Уфа: изд-во БГАУ, 2001. -254 с.

Поступила в редакцию 10.03.2009 г. После доработки — 25.04.2009 г.

Текст научной работы на тему «Биопрепараты на основе эндомикоризных грибов для повышения продуктивности сельскохозяйственных культур»