Научная статья на тему 'Биопрепараты на основе эндомикоризных грибов для повышения продуктивности сельскохозяйственных культур'

Биопрепараты на основе эндомикоризных грибов для повышения продуктивности сельскохозяйственных культур Текст научной статьи по специальности «Сельское и лесное хозяйство»

642
50
Поделиться
Ключевые слова
МЕТАБОЛИТЫ ЭНДОМИКОРИЗНЫХ ГРИБОВ / ВСХОЖЕСТЬ СЕМЯН / ЛИНЕЙНЫЙ РОСТ РАСТЕНИЙ / УРОЖАЙНОСТЬ

Аннотация научной статьи по сельскому и лесному хозяйству, автор научной работы — Нурмухаметов Н. М., Мифтахова A. M., Багаутдинова Г. Г., Киреева Н. А.

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.

Похожие темы научных работ по сельскому и лесному хозяйству , автор научной работы — Нурмухаметов Н. М., Мифтахова A. M., Багаутдинова Г. Г., Киреева Н. А.,

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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.

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

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)

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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.

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

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.