УДК 574:631.461:616.6
БИОПРЕПАРАТЫ НА ОСНОВЕ ЭНДОМИКОРИЗНЫХ ГРИБОВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ПРОДУКТИВНОСТИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР
© Н. М. Нурмухаметов1, A. M. Мифтахова2, Г. Г. Багаутдинова2, Н. А. Киреева2*
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: vodop@yandex.ru.
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
100
100
100
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
100
100
100
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
100
100
100
100
68
74
72
68
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
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
Контроль (вода) Симбионт В НСР05, 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
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.