CC BY
37
SCIENTIFIC SUPPORT AND MANAGEMENT OF AGRARIAN AND INDUSTRIAL COMPLEX УДК 579.64+633.13
DOI: 10.24411/2587-6740-2020-15093
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИНОКУЛЯЦИИ СЕМЯН ОВСА ПОСЕВНОГО ШТАММОМ PSEUDOMONAS SP. GEOT18, ПЕРСПЕКТИВНЫМ ДЛЯ СОЗДАНИЯ БИОПРЕПАРАТА
Работа выполнена при финансовой поддержке Правительства Вологодской области в рамках государственного научного гранта и государственного задания ФГБУН ВолНЦ РАН
по теме НИР № 0146-2019-0011
И.И. Рассохина1, А.В. Платонов1, О.А. Маракаев2, Ю.В. Зайцева2
1ФГБУН «Вологодский научный центр Российской академии наук», г. Вологда, Россия
2ФГБОУ ВО «Ярославский государственный университет имени П.Г. Демидова», г. Ярославль, Россия
В работе представлены результаты лабораторного исследования влияния штамма Pseudomonas sp. GEOT18, изолированного из подземных органов паль-чатокоренника мясо-красного (семейство орхидные), на овес посевной сорта Лев. Исследование включало проведение опытов в чашках Петри, постановку водных и почвенных культур. Оценивали всхожесть семян, а также морфометрические показатели растений на начальных этапах онтогенеза, их среднесуточные приросты и содержание хлорофилла в листьях. Инокуляция семян растений овса исследуемым штаммом не привела к повышению их всхожести, данный показатель как в случае контроля, так и в опыте был выше 90%%. Однако Pseudomonas sp. GEOT18 оказал стимулирующее влияние на процессы роста. На седьмые сутки развития проростков достоверно увеличилась длина побега (на 12%%), а также количество корней при незначительном уменьшении их длины. Закономерность увеличения количества корней наблюдается как в эксперименте в чашках Петри, так и с водной культурой. Возможно, бактерии синтезируют вещества, в частности фитогормоны, способствующие ризогенезу. Выявлена тенденция к увеличению площади листьев растений (в опытном варианте в водной культуре возрастает относительно контроля на 1,2-8,1%%, в почвенной культуре — на 2,5-6,5%%), массы и среднесуточных приростов. При этом происходит увеличение содержания хлорофилла в листьях опытных растений. Наблюдаемые результаты свидетельствуют о положительном влиянии штамма Pseudomonas sp. GEOT18 на ростовые процессы овса посевного. Ключевые слова: Pseudomonas, овес посевной, морфометрические параметры, рост, хлорофилл.
Введение
В настоящее время в практике растениеводства все чаще используются микробиологические препараты [1, 3, 7, 8, 9]. Индекс биологи-зации, который рассчитывается как отношение биологических препаратов к общему числу препаратов, в России составляет около 2%, что является явно недостаточным. Одной из причин малого использования биопрепаратов в отличие от агрохимикатов В.А. Захарченко называет недостаточный уровень пропаганды их применения и малый ассортимент [3].
К наиболее перспективным микроорганизмам для использования в растениеводстве многие исследователи относят штаммы родов Bacillus и Pseudomonas, представители которых способны к синтезу биологически активных веществ, мобилизации элементов минерального питания растений, а также являются антагонистами к ряду патогенных организмов [1, 4, 8, 15]. Так, комплексное действие от применения штамма бактерий рода Pseudomonas отмечено в исследованиях D. Rojas-Solis и др. (2018), где P. stutzeri E25 ингибирует развитие гриба Botrytis cinerea, выделяя летучие соединения, содержащие серу, и стимулирует ростовые процессы растений томата [16]. Аналогичный эффект показан в работе M. Andreolli и др. (2017), в которой говорится о генах Pseudomonas sp. MP12, ответственных за синтез противогрибковых соединений (2,4-диацетилфлороглюцинол, пиолюторин и пирролнитрин), а также о способности микроорганизмов к растворению фосфатов, продуцированию аммиака и индол-3-уксусной кислоты [7]. Данные о положитель-
52 -
© Рассохина И.И., Платонов А.В., Маракаев О.А., Зайц
Международный сельскохозяйственный журнал, 20
ном влиянии штаммов P. fluorescens L111, L228 и L321 на растения через мобилизацию фосфора приводят N. Oteino и др. (2015) [14], а способность P. nitroreducens IHB B 13561 повышать поглощение нитратов и стимулировать развитие клеток растений показывают исследования C.S. Trinh и др. (2018) [17].
Цель проведенного нами исследования — оценить в лабораторных условиях эффективность инокуляции штаммом Pseudomonas sp. GEOT18 семян овса посевного на ростовые процессы растений.
Методика и методы
исследования
Объект исследования — овес посевной (Avena sativa L.) сорта Лев. Штамм бактерий Pseudomonas sp. GEOT18, использованный в эксперименте, выделен из внутренних тканей стеблекорневых тубероидов генеративных особей пальчатокоренника мясо-красного (Dactylorhiza incarnata (L.) Soó), произрастающих в осоково-разнотравном сообществе на дерново-подзолистой суглинистой почве (содержание гумуса в корнеобитаемом слое — 5,7%, сумма поглощенных оснований — 14 мг/экв, pH — 6,3). Штамм был идентифицирован с помощью молекулярно-генетического анализа нуклеотидной последовательности гена 16S рРНК. Полученная последовательность депонирована в базу данных GenBank под номером MT180656. Суспензию штамма Pseudomonas sp. GEOT18 получали на среде LB в условиях постоянного перемешивания при температуре 22-24°С в течение 16-18 часов. Перед посевом
а Ю.В., 2020
I том 63, № 5 (377), с. 52-55.
семена исследуемых культур делили на две части: одну помещали в суспензию бактериального штамма на 30 минут (опыт), другую — в воду (контроль).
Для исследования использовали необработанные стерилизующими агентами семена в количестве 30 шт. Их помещали в чашку Петри на влажную фильтровальную бумагу и оставляли в темноте при температуре 23°С. Всхожесть семян, длину побега, а также длину и количество корней оценивали на 7-е сутки. Опыт проводили в 3-кратной биологической повторности.
Для постановки водных культур использовали среду Кноппа. В каждый вегетационный сосуд помещали по 10 проростков, полученных на 2-е сутки проращивания. Опыт проводили в 5-кратной повторности. Для постановки почвенных культур использовали грунт торфяной компании ООО «Норд палп» (г. Санкт-Петербург), содержание питательных элементов в 1 л не менее: 1\1Н2+1\Ю3 - 150 мг, Р205 — 270 мг, К20 — 300 мг, кислотность почвы — 6,0-6,5. В каждый сосуд с почвой помещали по 10 семян. В течение опыта поддерживали влажность почвы на уровне 70-80% от полной влагоемкости. Опыт проводили в 10-кратной повторности. Культивирование растений водной и почвенной культур осуществляли в климатостате КС-200 (Россия) при температуре 23°С днем и 17°С ночью, освещении 16 ч в сутки. У растений в течение вегетации, которая длилась 20 дней в условиях почвенной культуры и 25 дней в водной культуре, определяли следующие параметры: количество и площадь листьев, длину стебля, сырую и сухую массы надземных органов. В водной
культуре измеряли количество корней на 22-е и 25-е сутки опыта. Рассчитывали среднесуточные приросты сырой и сухой массы, а также чистую продуктивность фотосинтеза за 12 дней вегетации по методу А.А. Ничипоровича.
Определение хлорофиллов проводили на спектрофотометре ПЭ-5400УФ (Россия) при длинах волн 665 и 649 нм. Пигменты извлекали экстракцией 96%-м этиловым спиртом из листьев растений. Работу выполняли в 3-кратной биологической и аналитической повторности. Расчет содержания хлорофиллов проводили по уравнениям Винтерманс и Де Мотс [18].
Статистическую обработку данных осуществляли по стандартным методикам с использованием пакета анализа данных программы MS Excel'2010. В таблицах представлены средние значения показателей и величины их стандартных отклонений. Оценку достоверности различия выборочных средних проводили при значении доверительной вероятности 0,95.
Результаты и обсуждение
Результаты исследований влияния штамма Pseudomonas sp. GEOT18 на прорастание семян овса посевного представлены в таблице 1. Показатели всхожести семян опытного и контрольного вариантов были высокими и различались незначительно (91,0 и 92,0% соответственно). При этом наблюдается существенный эффект влияния штамма Pseudomonas sp. GEOT18 на морфометрические характеристики побега и корневой системы проростков. Так, исследуемая суспензия бактерий привела к стимуляции роста побега на 12%, увеличению количества корней на 23% при снижении их максимальной и суммарной длины на 8% относительно контроля. Эффект в этом случае, возможно, объясняется синтезом бактериями рода Pseudomonas фитогормонов группы ауксинов и
их влиянием на процессы морфогенеза и роста [6, 11, 13].
Данные таблицы 2 показывают, что в условиях водной культуры у растений опытного варианта площадь первого листа выше контроля на 4,4-7,8%, площадь второго листа — на 8,3-11,6%, а общая площадь поверхности листьев — на 1,2-8,1% (в зависимости от срока снятия показателей). Длина стебля у опытных растений также была больше. Количество листьев в контрольном и опытном вариантах существенно не различалось, что объясняется стабильностью данного показателя в начале онтогенеза овса. Количество корней у растений опытного варианта незначительно превышает показатель в контроле, что согласуется с результатами эксперимента в чашках Петри (табл. 1). Возможно, штамм оказывает влияние на процессы ризогенеза у овса посевного. Влияние штаммов рода Pseudomonas на количество и длину корней, а также на взаимную связь данного эффекта с синтезом ауксинов обсуждается в исследованиях R. Ortiz-Castro и др. (2020) [13].
Сырая и сухая массы надземных органов овса в опытном варианте незначительно превышали значения контроля на 25-е сутки (табл. 2).
Сырая масса была выше на 3,9%, сухая — на 10,3%. При этом значения среднесуточных приростов сырой массы растений, семена которых были обработаны суспензией бактериального штамма, превышали показатели в контроле. Прирост сырой массы у контрольных растений составлял 7±1,1 мг/сутки, а у растений в опытном варианте -11±2,3 мг/сутки.
В эксперименте с водными культурами наблюдается картина увеличения некоторых ростовых показателей растений опытных вариантов. Однако кроме традиционных водных культур действие суспензии штамма исследовали и в условиях почвенных культур, что необходимо для полноты картины и может быть важно в связи с происхождением штамма.
В почвенной культуре (табл. 3) на 7-е сутки площадь первого листа опытных растений превосходила данный показатель контрольных растений на 6,5%. На 10-е сутки площадь первого листа в опытном варианте выше контроля на 4,1%, второго листа ниже на 4,3%, а суммарная площадь листьев опытных растений превосходит контроль на 4,1%. На 14-е и 19-е сутки превышение площади листьев у растений в опытном варианте сохраняется.
Таблица 1
Посевные характеристики семян и морфометрические показатели проростков овса посевного
Показатель Контроль Опыт
Всхожесть, % 92,0 ± 9,2 91,0 ± 7,4
Длина побега, мм 47,9 ± 1,1 53,6 ± 4,2*
Максимальная длина корня, мм 80,9 ± 1,5 62,7 ± 5,2**
Сумма длин корней растения, мм 225,1 ± 9,6 206,7 ± 2,5*
Количество корней, шт. 3,3 ± 0,1 4,5 ± 0,9**
*Разница по сравнению с контролем статистически достоверна при Р < 0,05. **Разница по сравнению с контролем статистически достоверна при Р < 0,005.
Таблица 2
Морфометрические и весовые показатели овса посевного в условиях водной культуры
Показатель 11-е сутки 15-е сутки 22-е сутки 25-е сутки
Контроль Опыт Контроль Опыт Контроль Опыт Контроль Опыт
Длина стебля, мм 28,4±2,8 29,0+2,0 35,9+1,5 39,3+3,4 50,0+1,9 52,6+5,6 49,8+2,8 52,6+7,5
Площадь первого листа, мм2 314,1+12,4 338,6+5,4* 318,8+9,8 333,6+21,1 319,1+20,6 333,0+22,3 319,0+22,1 334,3+ 17,4
Площадь второго листа, мм2 25,0±7,0 25,4+5,7 226,2+4,6 244,9+13,3* 401,1+23,5 451,7+61,9 399,6+15,6 448,5+ 37,2
Площадь листьев растения, мм2 ** 339,1+7,4 366,6+7,1* 566,8+17,5 579,1+7,8 832,3+72,3 856,7+80,9 1089,4+52,7 1102,2+57,7
Количество корней, шт. - - - - 5,3+0,7 5,9+0,8 5,3+0,5 6,4+0,8
Масса сырая надземных органов, г - - - - 0,301+0,060 0,282+0,043 0,305+0,071 0,317+ 0,094
Масса сухая надземных органов, г - - - - 0,029+0,004 0,029+0,005 0,029+0,004 0,032+ 0,002
*Разница по сравнению с контролем статистически достоверна при Р < 0,05.
**Показатель «Площадь листьев растения» не является суммарной величиной площадей первого и второго листа, так как у части растений на момент измерения начал формироваться третий лист (сумма всех имеющихся листьев растения).
Таблица 3
Морфометрические и весовые показатели овса посевного в условиях почвенной культуры
Показатель 7-е сутки 10-е сутки 14-е сутки 19-е сутки
Контроль Опыт Контроль Опыт Контроль Опыт Контроль Опыт
Длина стебля, мм 14,1+2,5 12,8+ 2,3 36,5+8,8 37,1+ 4,5 54,8+5,6 55,6+ 3,8 66,6+4,6 66,3+ 7,3
Площадь первого листа, мм2 278,6+19,5 296,8+24,5 461,6+27,9 480,6+26,4 471,4+37,0 481,6+20,9 472,3+26,1 490,6+ 41,8
Площадь второго листа, мм2 - - 39,8+ 14,1 38,1+ 11,1 429,6+85,8 459,0+95,5 786,9+109,3 813,6+ 75,4
Площадь листьев растения, мм2 * 278,6+19,5 296,8+24,5 496,4+30,4 516,9+33,3 900,8+86,1 924,6+101,2 1307,7+139,5 1340,2+124,4
Масса сырая надземных органов, г 0,098+0,003 0,101+0,013 0,196+0,035 0,198+0,022 0,304+0,050 0,310+0,059 0,418+0,092 0,464+ 0,107
Масса сухая надземных органов, г 0,008+0,002 0,007+0,003 0,015+0,003 0,014+0,003 0,025+0,006 0,025+0,007 0,042+0,010 0,045+ 0,015
*Показатель «Площадь листьев растения» не является суммарной величиной площадей первого и второго листа, так как у части растений на момент измерения начал формироваться третий лист (сумма всех имеющихся листьев растения).
МЕЖДУНАРОДНЫЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ №5 (377)/2020
SCIENTIFIC SUPPORT AND MANAGEMENT OF AGRARIAN AND INDUSTRIAL COMPLEX
Таблица 5
Содержание хлорофиллов в листьях овса посевного
Хлорофилл, мг/г сырого вещества Водная культура 25-е сутки Почвенная культура
10-е сутки 19-е сутки
Контроль Опыт Контроль Опыт Контроль Опыт
Хлорофилл а 0,983+0,010 0,981+0,022 0,704+0,040 0,729+0,016 0,737+0,015 0,725+0,026
Хлорофилл Ь 0,611+0,012 0,628+0,071 0,345+0,073 0,385+0,046 0,651+0,142 0,736+0,211
Хлорофилл a+b 1,594+0,020 1,609+0,093 1,049+0,112 1,114+0,061 1,388+0,127 1,460+0,186
Хлорофилл a/b 1,610 1,574 2,104 1,914 1,181 1,069
Таблица 4
Показатели среднесуточных приростов овса посевного в условиях почвенной культуры
Вариант Прирост сырой массы, мг/сутки Прирост сухой массы, мг/сутки
7-10-е сутки
Контроль 34,7+13,9 3+1
Опыт 34,3+10,5 3+1
10-14-е сутки
Контроль 27,2+18,1 3+2
Опыт 28,6+11,7 3+2
14-19-е сутки
Контроль 26,6+16,0 3+2
Опыт 38,5+18,6 4+3
Сырая масса опытных растений (табл. 3) на 7-е, 10-е и 14-е сутки превосходила контроль на 3,0, 1,0 и 2,0% соответственно, сухая масса совпадала со значениями в контроле. На 19-е сутки сырая и сухая масса опытных растений была выше контроля на 11,0 и 7,0% соответственно.
Превышение площади листовой поверхности у растений в опытном варианте может обеспечивать им преимущества в поглощении световой энергии по отношению к контрольным экземплярам. Это, в свою очередь, потенциально способно увеличивать фотосинтетическую продуктивность. Подтверждением такого предположения является наблюдаемое повышение показателей приростов биомассы у овса в опытном варианте (табл. 4), а также более высокие показатели чистой продуктивности фотосинтеза у опытных растений относительно контроля. У контрольных растений образуется 3,48 г сухого вещества, а у опытных растений — 3,60 г сухого вещества с 1 м2 листовой поверхности за сутки.
Среднесуточные приросты сырой и сухой массы (табл. 4) на 7-10-е сутки у растений одинаковы. На 10-14-е сутки опытные растения опережают контрольные по приросту сырой массы на 5,1%. Возможно, инокуляция семян штаммом способствовала поглощению воды растениями. На 14-19-е сутки разница прироста сырой массы у опытных и контрольных растений становится более выраженной (в опытном варианте показатель выше на 44,7%), также у опытных растений выше прирост сухой массы.
Важнейшая роль в поглощении и эффективном использовании световой энергии принадлежит основным фотосинтетическим пигментам — хлорофиллам. Их содержание может отражать реакцию растения на условия произрастания и находиться в положительной корреляционной связи с фотосинтетическими процессами [2, 10, 12]. Содержание хлорофиллов в листьях овса имеет тенденцию к повышению уровня у растений в опытном варианте, что происходит, главным образом, за счет увеличения количества хлорофилла Ь (табл. 5).
Согласно данным литературы, снижение величины отношения хлорофиллов a/b может свидетельствовать об улучшении условий произрастания и коррелирует с повышением урожайности растений [2, 5]. В проведенном нами опыте наблюдается снижение значения этого показателя у растений в опытном варианте, что в совокупности с другими полученными результатами может свидетельствовать о по-
ложительном действии исследуемого штамма на ростовые процессы и продуктивность овса посевного.
Заключение
Результаты работы показывают, что инокуляция семян овса посевного суспензией штамма Pseudomonas sp. GEOT18, изолированного из подземных органов пальчатокоренника мясо-красного, влияет на процессы роста и развития растений. У растений в опытном варианте наблюдается увеличение площади листьев, содержания в них хлорофилла, что, вероятно, может повышать фотосинтетическую продуктивность и, как следствие, способствовать увеличению среднесуточных приростов овса.
Таким образом, исследуемый штамм в лабораторных экспериментах с овсом посевным показал свою ценность. С целью определения возможностей создания биопрепарата на основе Pseudomonas sp. GEOT18 будет изучена антагонистическая активность штамма по отношению к патогенным микроорганизмам, а также продолжены исследования по изучению его действия на показатели водного обмена, гормонального статуса, ростовых процессов, продуктивности и структуры урожая других культур.
В 2020 г. в условиях Северо-запада России (Вологодская область) нами был заложен мел-коделяночный полевой опыт, результаты которого должны углубить и расширить представления о действии штамма Pseudomonas sp. GEOT18 на ряд зерновых и кормовых культур.
Литература
1. Асатурова А.М. Физиологические признаки перспективных штаммов бактерий родов Bacillus и Pseudomonas — продуцентов микробиопрепаратов // Масличные культуры. 2009. № 2(141). С. 60-66.
2. Дерендовская А., Жосан С. Хлорофильные показатели и их связь с продуктивностью растений озимого ячменя // §tiinta Agricolä. 2008. № 1(0). С. 3-7.
3. Захаренко В.А. Биотехнологии и защита растений // Защита и карантин растений. 2015. №. 11. С. 3-6.
4. Попова А.А., Зайцева Ю.В., Сидоров А.В., Марака-ев О.А. Антагонистическая активность некоторых штаммов рода Pseudomonas в отношении фитопатогенных грибов // Экспериментальная биология растений: фундаментальные и прикладные аспекты: годичное собрание ОФР, научная конференция и школа для молодых ученых: сборник материалов докладов. 2017. С. 274.
5. Рыктор И.А., Зубкова Ю.Н., Бутюгин А.В. Влияние буроугольных гуминовых удобрений на снижение стрессовой реакции у растений Festuca pratensis HUDS // Вкник Донецького нацюнального уыверситету. 2011. № 1. С. 115-122.
6. Сидоров А.В., Зайцева Ю.В., Маракаев О.А. Биотехнологический потенциал эндофитных бактерий Dactylorhiza incarnata L. Soo (Orchidaceae) // Интеграция науки и высшего образования, как основа инновационного развития аграрного производства: материалы Всероссийской научно-практической конферен-
ции с международным участием (18-20 июня 2019 года, Ярославль). Ярославль, 2019. С. 131.
7. Andreolli, M., Zapparoli, G., Angelini, E., Lucchetta, G., Lampis, S., Vallini, G. (2019). Pseudomonas protegens MP12: A plant growth-promoting endophytic bacterium with broad-spectrum antifungal activity against grapevine phytopathogens. Microbiological research, no. 219, pp. 123131. doi: 10.1016/j.micres.2018.11.003
8. Avdeenko, A., Avdeenko, S., Domatskiy, V., Platonov, A. (2020). Bacillus subtilis based products as an alternative to agrochemicals. Research on Crops, no. 21(1), pp. 156-159. doi: 10.31830/2348-7542.2020.026
9. Chebotar', V.K., Zaplatkin, A.N., Shcherbakov, A.V., Mal'fanova, N.V., Startseva, A.A., Kostin, Ya.V. (2016). Microbial preparations on the basis of endophytic and rhizobacteria to increase the productivity in vegetable crops and spring barley (Hordeum vulgare L.), and the mineral fertilizer use efficiency. Agricultural Biology, vol. 51, no. 3, pp. 335-342. doi: 10.15389/agrobiology.2016.3.335eng
10. Dymova, O., Fiedor, L. (2014). Chlorophylls and their role in photosynthesis. Photosynthetic pigments: chemical structure, biological function and ecology, pp. 140-160.
11. Glickmann, E., Gardan, L., Jacquet, S., Hussain, S., Elasri, M., Petit, A., Dessaux, Y. (1998). Auxin production is a common feature of most pathovars of Pseudomonas syringae. Molecular plant-microbe interactions, vol. 11, no. 2, pp. 156-162. doi: 10.1094/MPMI.1998.11.2.156
12. Golovko, T., Tabalenkov, G. (2014). Pigments and productivity of the crop plants. Photosynthetic pigments: chemical structure, biological function and ecology, pp. 207-220.
13. Ortiz-Castro, R., Campos-García, J., López-Bucio, J. (2020). Pseudomonas putida and Pseudomonas fluorescens influence Arabidopsis root system architecture through an auxin response mediated by bioactive cyclodipeptides. Journal of Plant Growth Regulation, no. 39, pp. 254-265. doi: 10.1007/s00344-019-09979-w
14. Oteino, N., Lally, R.D., Kiwanuka, S., Lloyd, A., Ryan, D., Germaine, KJ. Dowling, D.N. (2015). Plant growth promotion induced by phosphate solubilizing endophytic Pseudomonas isolates. Front. Microbiol, no. 6, p. 745. doi: 10.3389/fmicb.2015.00745
15. Ricci, E., Schwinghamer, T., Fan, D., Smith, D.L., Gravel, V. (2019). Growth promotion of greenhouse tomatoes with Pseudomonas sp. and Bacillus sp. biofilms and planktonic cells. Applied Soil Ecology, no. 138, pp. 61-68. doi: 10.1016/j. apsoil.2019.02.009
16. Rojas-Solís, D., Zetter-Salmón, E., Contreras-Pérez, M., del Carmen Rocha-Granados, M., Macías-Rodríguez, L., Santoyo, G. (2018). Pseudomonas stutzeri E25 and Stenotrophomonas maltophilia CR71 endophytes produce antifungal volatile organic compounds and exhibit additive plant growth-promoting effects. Biocatalysis and agricultural biotechnology, no. 13, pp. 46-52. doi: 10.1016/j. bcab.2017.11.007
17. Trinh,C.S., Lee, H., Lee, W.J., Lee, S.J., Chung, N., Han, J., Kim, J., Hong, S.-W., Lee, H. (2018). Evaluation of the plant growth-promoting activity of Pseudomonas nitroreducens in Arabidopsis thaliana and Lactuca sativa. Plant Cell Reports, no. 37, pp. 873-885. doi: 10.1007/s00299-018-2275-8
18. Wintermans, J., De Mots, A.S. (1965). Spectrophotometric characteristics of chlorophylls a and b and their phenophytins in ethanol. Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Biophysics including Photosynthesis, vol. 109, no. 2, pp. 448-453. doi: 10.1016/0926-6585(65)90170-6
INTERNATIONAL AGRICULTURAL JOURNAL № 5 (377) / 2020
www.mshj.ru
Об авторах:
Рассохина Ирина Игоревна, младший научный сотрудник ФГБУН «Вологодский научный центр Российской академии наук»,
аспирант ФГБОУ ВО «Ярославский государственный университет имени П.Г. Демидова», ORCID: http://orcid.org/0000-0002-6129-6912, [email protected]
Платонов Андрей Викторович, кандидат биологических наук, доцент, заведующий лабораторией биоэкономики и устойчивого развития,
ORCID: http://orcid.org/0000-0002-1110-7116, Scopus ID: 57194278057, [email protected]
Маракаев Олег Анатольевич, кандидат биологических наук, доцент, декан факультета биологии и экологии,
ORCID: http://orcid.org/0000-0002-7685-3275, [email protected]
Зайцева Юлия Владимировна, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник научно-образовательной лаборатории биотехнологии и прикладной биоэлементологии, Scopus ID: 55553979100, [email protected]
EFFECTIVENESS OF AVENA SATIVA L. SEED INOCULATION BY THE STRAIN PSEUDOMONAS SP. GEOT18 PROMISING FOR CREATING BIOLOGICALS
I.I. Rassokhina1, A.V. Platonov1, O.A. Marakaev2, Yu.V. Zaitseva2
1Vologda research center of the Russian academy of sciences, Vologda, Russia 2P.G. Demidov Yaroslavl state university, Yaroslavl, Russia
The article presents the results of a laboratory study of the impact of Pseudomonas sp. GEOT18 strain, isolated from underground organs of Dactylorhiza incarnata (L.) Soo (Orchidaceae Juss.), on Avena sativa L. of Lion variety. The study included conducting an experiment in Petri dishes, production of water and soil crops. Seed germination, morphometry indicators of plants at initial stages of ontogenesis, its average daily growth, and the content of chlorophyll in leaves were evaluated. Inoculation of oat plant seeds with the studied strain did not lead to the increase of seed germination; this indicator, in case of control and the experience, was higher than 90%. However, Pseudomonas sp. GEOT18 had a stimulating impact on growth processes. On the seventh day of seedlings' development, the length of the shoot validly increased (by 12%), and a number of roots with the slight decrease of its length did the same. The pattern of increasing number of roots is observed in the experiment with Petri dishes and with water culture. It is possible that bacteria synthesize substances — in particular, phytohormones — that contribute to rhizogenesis. A trend toward the increase of plant leaves' area (in the experimental version with water culture it increases in relation to control by 1.2-8.1%, in soil culture — by 2.5-6.5%), weight, and average daily growth was defined. At the same time, the increase of chlorophyll content in experimental plants' leaves happens. Observed results show a positive impact of Pseudomonas sp. GEOT18 strain on growth processes of sown oats. Keywords: Pseudomonas, Avena sativa, morphometric parameters, growth, chlorophyll.
References
1. Asaturova, A.M. (2009). Fiziologicheskie priznaki per-spektivnykh shtammov bakterii rodov Bacillus i Pseudomonas — produtsentov mikrobiopreparatov [Physiological characteristics of promising bacterial strains of the genera Bacillus and Pseudomonas — producers of microbiological preparations]. Maslichnye kul'tury [Oil crops], no. 2 (141), pp. 60-66.
2. Derendovskaya, A., Zhosan, S. (2008). Khlorofil'nye pokazateli i ikh svyaz' s produktivnost'yu rastenii ozimogo yachmenya [Chlorophilic indicators and their relationship with the productivity of winter barley plants]. ¡¡tiinta Agricolä, no. 1(0), pp. 3-7.
3. Zakharenko, V.A. (2015). Biotekhnologii i zashchita rastenii [Biotechnology and Plant Protection]. Zashchita i karantin rastenii, no. 11, pp. 3-6.
4. Popova, A.A., Zaitseva, Yu.V., Sidorov, A.V., Marakaev, O.A. (2017). Antagonisticheskaya aktivnost'nekotorykh shtammov roda Pseudomonas v otnoshenii fitopatogennykh gribov [Antagonistic activity of some strains of the genus Pseudomonas against phytopathogenic fungi]. Ehksperimental'naya biologiya rastenii: fundamental'nye i prikladnye aspekty: godich-noe sobranie OFR, nauchnaya konferentsiya i shkola dlya molo-dykh uchenykh: sbornik materialov dokladov [Experimental plant biology: fundamental and applied aspects: annual meeting of the OFR, scientific conference and school for young scientists: collection of reports], p. 274.
5. Ryktor, I.A., Zubkova, Yu.N., Butyugin, A.V. (2011). Vli-yanie burougol'nykh guminovykh udobrenii na snizhenie stressovoi reaktsii u rastenii Festuca pratensis HUDS [The influence of brown coal humic fertilizers on reducing the stress response in plants of Festuca pratensis HUDS]. Visnik Donets'kogo natsional'nogo universitetu, no. 1, pp. 115-122.
6. Sidorov, A.V., Zaitseva, Yu.V., Marakaev, O.A. (2019). Biotekhnologicheskii potentsial ehndofitnykh bakterii Dactylorhiza incarnata L. Soo (Orchidaceae) [Biotechnological potential of endophytic bacteria Dactylorhiza incarnata L. Soo (Orchida-
About the authors:
ceae)]. Integratsiya nauki i vysshego obrazovaniya, kak osnova innovatsionnogo razvitiya agrarnogo proizvodstva: materialy Vserossiiskoi nauchno-prakticheskoi konferentsii s mezhdunarod-nym uchastiem (18-20 iyunya 2019goda, Yaroslavl') [Integration of science and higher education as the basis for innovative development of agricultural production: proceedings of the all-Russian scientific and practical conference with international participation (June 18-20, 2019, Yaroslavl)], p. 131.
7. Andreolli, M., Zapparoli, G., Angelini, E., Lucchetta, G., Lampis, S., Vallini, G. (2019). Pseudomonasprotegens MP12: A plant growth-promoting endophytic bacterium with broad-spectrum antifungal activity against grapevine phy-topathogens. Microbiological research, no. 219, pp. 123-131. doi: 10.1016/j.micres.2018.11.003
8. Avdeenko, A., Avdeenko, S., Domatskiy, V., Platonov, A. (2020). Bacillus subtilis based products as an alternative to agrochemicals. Research on Crops, no. 21(1), pp. 156-159. doi: 10.31830/2348-7542.2020.026
9. Chebotar', V.K., Zaplatkin, A.N., Shcherbakov, A.V., Mal'fanova, N.V., Startseva, A.A., Kostin, Ya.V. (2016). Microbial preparations on the basis of endophytic and rhizobacteria to increase the productivity in vegetable crops and spring barley (Hordeum vulgare L.), and the mineral fertilizer use efficiency. Agricultural Biology, vol. 51, no. 3, pp. 335-342. doi: 10.15389/agrobiology.2016.3.335eng
10. Dymova, O., Fiedor, L. (2014). Chlorophylls and their role in photosynthesis. Photosynthetic pigments: chemical structure, biological function and ecology, pp. 140-160.
11. Glickmann, E., Gardan, L., Jacquet, S., Hussain, S., Elasri, M., Petit, A., Dessaux, Y. (1998). Auxin production is a common feature of most pathovars of Pseudomonas sy-ringae. Molecular plant-microbe interactions, vol. 11, no. 2, pp. 156-162. doi: 10.1094/MPMI.1998.11.2.156
12. Golovko, T., Tabalenkov, G. (2014). Pigments and productivity of the crop plants. Photosynthetic pigments: chemical structure, biological function and ecology, pp. 207-220.
13. Ortiz-Castro, R., Campos-García, J., López-Bucio, J. (2020). Pseudomonas putida and Pseudomonas fluorescens influence Arabidopsis root system architecture through an auxin response mediated by bioactive cyclodipeptides. Journal of Plant Growth Regulation, no. 39, pp. 254-265. doi: 10.1007/s00344-019-09979-w
14. Oteino, N., Lally, R.D., Kiwanuka, S., Lloyd, A., Ryan, D., Germaine, K.J. Dowling, D.N. (2015). Plant growth promotion induced by phosphate solubilizing endophytic Pseudomonas isolates. Front. Microbiol, no. 6, p. 745. doi: 10.3389/fmicb.2015.00745
15. Ricci, E., Schwinghamer, T., Fan, D., Smith, D.L., Gravel, V. (2019). Growth promotion of greenhouse tomatoes with Pseudomonas sp. and Bacillus sp. biofilms and planktonic cells. Applied Soil Ecology, no. 138, pp. 61-68. doi: 10.1016/j. apsoil.2019.02.009
16. Rojas-Solís, D., Zetter-Salmón, E., Contreras-Pérez, M., del Carmen Rocha-Granados, M., Macías-Rodríguez, L., Santoyo, G. (2018). Pseudomonas stutzeri E25 and Stenotro-phomonas maltophilia CR71 endophytes produce antifungal volatile organic compounds and exhibit additive plant growth-promoting effects. Biocatalysis and agricultural biotechnology, no. 13, pp. 46-52. doi: 10.1016/j.bcab.2017. 11.007
17. Trinh, C.S., Lee, H., Lee, W.J., Lee, SJ., Chung, N., Han, J., Kim, J., Hong, S.-W., Lee, H. (2018). Evaluation of the plant growth-promoting activity of Pseudomonas nitrore-ducens in Arabidopsis thaliana and Lactuca sativa. Plant Cell Reports, no. 37, pp. 873-885. doi: 10.1007/s00299-018-2275-8
18. Wintermans, J., De Mots, A.S. (1965). Spectrophotometry characteristics of chlorophylls a and b and their phe-nophytins in ethanol. Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Bio-physics including Photosynthesis, vol. 109, no. 2, pp. 448-453. doi: 10.1016/0926-6585(65)90170-6
Irina I. Rassokhina, junior researcher of the Vologda research center of the Russian academy of sciences,
graduate student of the P.G. Demidov Yaroslavl state university, ORCID: http://orcid.org/0000-0002-6129-6912, [email protected]
Andrei V. Platonov, candidate of biological sciences, associate professor, head of the laboratory of bioeconomics and sustainable development,
ORCID: http://orcid.org/0000-0002-1110-7116, Scopus ID: 57194278057, [email protected]
Oleg A. Marakaev, candidate of biological sciences, associate professor, dean of the faculty of biology and ecology,
ORCID: http://orcid.org/0000-0002-7685-3275, [email protected]
Yuliya V. Zaitseva, candidate of biological sciences, senior researcher of education and research laboratory of biotechnology and applied bioelementology, Scopus ID: 55553979100, [email protected]
- 55
МЕЖДУНАРОДНЫЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ № 5 (377) / 2020
