CC BY
149
УДК 631.8:633.11
Хайруллин Р.М., Минина Т.С., Иргалина Р.Ш., Загребин И.А., Уразбахтина Н.А.
Башкирский государственный аграрный университет, г Уфа
ЭФФЕКТИВНОСТЬ НОВЫХ ЭНДОФИТНЫХ ШТАММОВ BACILLUS SUBTILIS В ПОВЫШЕНИИ УСТОЙЧИВОСТИ ПШЕНИЦЫ К БОЛЕЗНЯМ
Выделены новые эндофитные штаммы Bacillus subtilis с хозяйственно-полезными признаками. Показано, что применение биопрепаратов на их основе для обработки семян пшеницы способствует увеличению урожайности за счет улучшения показателей структуры урожая, повышает устойчивость растений к корневым гнилям и твердой головне. Выявлено, что применение стимулятора роста гуми-20 нежелательно для обработки семян, заспоренных возбудителем твердой головни грибом Tilletia caries (DC) Tul.
В защите от почвенных и семенных инфекций эффективным является такой прием, как протравливание семян [6, 7]. Эта технологическая операция снижает степень заражения развивающихся проростков патогенными микроорганизмами, предупреждает занесение инфекции от семян в почву, а также распространение отдельных фитопатогенов с посевным материалом в другие районы. Современный ассортимент протравителей достаточно разнообразен. Однако нередко стоимость таких препаратов высока; химические фунгициды, как правило, опасны для окружающей среды и человека. Поэтому в условиях рыночной экономики сельскохозяйственные товаропроизводители ищут способы снижения затрат по защите растений от вредных организмов путем использования малорасходных веществ или препаратов относительно дешевых, но с высокой биологической эффективностью [12]. При этом специалисты проявляют повышенный интерес к биологически активным веществам, стимуляторам роста растений и биофунгицидам, поскольку большинство из них экологически малоопасны, с их помощью можно не только повышать продуктивность и стимулировать рост, но и снижать заболеваемость растений [1, 6, 11, 12].
Одним из известных стимуляторов роста растений является препарат гуми (ООО НВП «БашИнком») [1], в состав которого входят гу-миновые кислоты из бурых углей, а также микроэлементы. Гуматы могут выступать как эффективные стимуляторы роста растений и регуляторы почвообразовательных процессов [11]. К известным в растениеводстве биопрепаратам относятся также продукты на основе эндофитных микробов. Отметим, что микробные эндофиты определены как бактерии, живущие в растительных тканях без нанесения
существенного вреда или получения выгоды, большей, чем от места жительства [6]. К препаратам на основе эндофитов относятся фито-спорин-М (ООО НВП «БашИнком», штамм 26D B. subtilis) и интеграл (ЗАО «Элита Комплекс», штамм B. subtilis 24Д). Бактериальные штаммы, входящие в основу этих препаратов, подавляют рост грибных возбудителей корневых гнилей пшеницы, плесневения семян, другой инфекции [13].
Среди фитопатогенов пшеницы, вызывающих одно из наиболее вредоносных заболеваний, известен возбудитель твердой головни гриб Tilletia caries (DC) Tul. При поражении колоса этим грибом зерно полностью превращается в черную споровую массу [8]. Патогенное начало в виде хламидоспор грибов сохраняется на поверхности семян. Заражение растений происходит в период прорастания семян при одновременном прорастании хламидоспор. Как объект антагонистического действия эндофитов этот гриб привлекает особое внимание.
К числу весьма вредоносных заболеваний хлебных злаков относятся также корневые гнили. Возбудителями являются широко распространенные виды грибов (Bipolaris sp., Fusarium sp. и другие), живущие на оболочках и внутри семян, в почве и внутри отмерших растений [4, 14]. Биопрепараты, эффективно защищающие злаковые растения не только от корневых гнилей, но и от головневых болезней, до сих пор не созданы. В связи с этим целью наших исследований является поиск и выделение новых эндофитных штаммов B. subtilis, способных снижать распространение твердой головни и корневых гнилей на посевах пшеницы.
Эндофитные штаммы бацилл выделялись в лаборатории биотехнологии Башкирского ГАУ из растений пшеницы. Отбор штаммов произво-
дился по антагонистической активности к фитопатогенным грибам блочным методом [9]. Тест-культуры грибов высевали газоном на поверхность картофельно-глюкозного агара в чашки Петри. Взвесь клеток штаммов В. тЫШэ в 0,9%-ном растворе №0 высевали аналогично на мясо-пептонный агар. Блоки с культурами В. эиЫШэ наносили на поверхность растущих тест-культур.
Результаты анализа антагонистической активности штаммов бацилл представлены в таблице 1. Как видно, штаммы активно подавляли метаболитами рост грибов А. аїґвтпаґа, В. Ьу$$оійав, В. $отокіпіапа, С1айоэропит эр., В аьвпасвит, В сиїтогит, В охуэрогит. В меньшей степени антагонизм проявлялся по отношению к В. асїайа, В топіїі/оттв, В. эротоЫсктйвэ. Следует отметить, что при обработке семян пшеницы клетками бактерий в низких концентрациях (107-108 колониеобразующих единиц (КОЕ)/ мл) не наблюдали угнетение роста проростков, а некоторые из них (11РН, 118 РН) стимулировали прорастание семян.
Дальнейшие исследования проводились в полевых опытах в учебно-научном центре Башкирского ГАУ (п. Ягодная поляна). Для оценки защитных свойств препаратов на основе штаммов бактерии культивировали в биореакторе «Биок» (ЗАО «Саяны»). Получали препараты с титром 2,5х109 КОЕ/мл, аналогичные биофунгициду фитоспорин [5]. Обработку семян проводили из расчета 10 л рабочей жидкости на
1 тонну семян. Расход препаратов составлял 2л/т семян. Эталонами служили протравитель раксил (Bayer), фитоспорин-М, а также гуми-20 (ООО НВП «БашИнком»). Контрольные семена обрабатывали водой.
Инфекционный фон формировали, заражая семена спорами гриба T. caries из расчета
0,3 г спор на 100 г семян. Агротехника возделывания пшеницы была общепринятой для южной лесостепной зоны республики. Делянки площадью 1 м2 размещались систематически, в трех повторениях. Посев производился вручную. Оценку поражения растений корневыми гнилями проводили по методике, описанной ВИЗР [10]. Обработку результатов исследований проводили по методике полевого опыта [3].
Как видно из таблицы 2, из биопрепаратов наибольший защитный эффект против корневых гнилей в фазу кущения проявил биофунгицид на основе штамма 118РН. Заметно, что защита растений экспериментальными препаратами в смеси с гуми в начальные фазы развития пшеницы была менее эффективной, чем только клетками бактерий. Однако к концу вегетации применение этого стимулятора роста совместно с эндофитами оказывало ингибирующий эффект на развитие корневых гнилей. При этом препарат на основе штамма 118РН в смеси с гуми не уступал по эффективности препаратам фитоспорин-М и гуми, а также фунгициду раксил.
Таблица 1. Антагонистическая активность новых штаммов В. subtilis
Фитопатогены Зона подавления роста тест-культур, мм
26D* 11РН 49РН 89РН 118РН
Alternaría alternata 25x27** Л 25х25Л 27х22Л 27х27Л 25х25Л
Botrytis cinerea 15x15 Л 20х15 П*** 12х15Л 15х15Л 35х35Л
B. aclada 10x11 У 10х8 У**** 10х10У 8х12 У 8х8 У
B. byssoidea 40x40 Л 25х35Л 27х25Л 15х15Л 25х30Л
Bipolaris sorokiniana 35х40Л 28х30Л 25х25Л 18х25Л 25х20Л
Cladosporium sp. 13x12 Л 15х15Л 12х14 Л 12х12Л 10х12Л
Fusarium avenaceum 11x11 Л 10х12Л 10х8 Л 8х8 Л 10х8 Л
F. culmorum 12x10 Л ПЛ***** 17х20Л 15х10Л 20х18Л
F. oxysporum 20x20 Л 20х20Л 16х15Л ПУ***** 18х20Л
F. sporotrichioides пп***** ПП ПП ПП ПП
F. moniliforme 10x10 У 10х12У 8х10 У 12х12У 10х10У
*штамм В. эиЫШэ оценивался как «эталон»; **лизис мицелия (полное торможение роста гриба с зоной просветления агара вокруг блока с бактериями); ***подавление (частичное торможение) роста гриба; ****угнетение роста и развития гриба вследствие угнетающего действия на него бактерии; ***** полный лизис, угнетение, подавление соответственно.
Таблица 2. Развитие и распространение корневых гнилей на посевах яровой пшеницы на контрольном фоне (%)
Вариант Eóíiáíéá - айбї а в трубку Молочно-восковая спелость
развитие распространение развитие распространение
Контроль 1,6 8,0 8,3 25,5
11РН 1,6 7,7 13,9 36,8
11РН+гуми 2,3 12,5 5,9 18,8
118РН 1,5 6,5 7,6 21,5
118РН+гуми 2,3 11,3 4,9 16,7
Фитоспорин-М 2,4 14,5 11,7 30,5
Гуми 2,5 15,2 5,7 19,3
Раксил 1,6 7,0 9,7 29,0
Интересно, что обработка семян препаратом гуми-20 способствовала многократному повышению степени распространения твердой головни (таблица 3). Не исключено, что известный ауксин-подобный эффект гуматов оказал позитивное влияние на развитие биотрофного гриба, о чем довольно часто указывается в литературе при оценке влияния ауксинов на поражение растений биотрофными и гемибио-трофными фитопатогенами [2].
Новый биофунгицид на основе штамма 11РН проявил высокую эффективность в снижении распространения твердой головни пшеницы. По защитному действию он практически не уступал фунгициду раксил. Биофунгициды на основе штаммов 26D и 118РН были менее эффективны в борьбе с твердой головней, чем химический препарат раксил.
Оценка хозяйственной эффективности применения препаратов возможна на основе сопоставления урожайности культуры. В опытах расчет урожайности на инфекционном фоне Т. caries проводили без учета колосьев, инфицированных возбудителем твердой головни (таблица 4).
Применение биопрепаратов на основе новых штаммов способствовало повышению урожайности яровой пшеницы не только в сравнении с контролем (на 41-43%), но и с прототипом фитоспорин-М (на 8-9%). На контрольном фоне среди биопрепаратов наиболее эффективным в повышении урожайности оказался препарат на основе штамма 11РН; он практически не уступал химическому препарату раксил.
На инфекционном фоне обработка семян препаратом раксил позволила получить урожайность 15,5 ц/га, в то время как обработка гуматом повысила урожайность растений на 8%
относительно контрольных и обработанных фунгицидом раксил. Однако эта прибавка урожая рассчитана без оценки распространения болезни (учитывали только здоровые колосья). Если же учесть, что обработка гуми повышала распространение головни на 18,7%, то в целом его применение на инфекционном фоне было неэффективно.
Использование биопрепаратов положительно влияло на некоторые элементы структуры урожая. На контрольном фоне наблюдалась тенденция увеличения на 4-7% числа продуктивных стеблей пшеницы. Обработка гуми снизила этот показатель на 14%. Применение раксила по отношению к контрольным растениям незначительно повысило число продуктивных стеблей. Следует отметить, что на инфекционном фоне T. caries обработка семян суспензией клеток новых штаммов бактерий с гу-матом снижала этот показатель, так же, как и обработка только препаратом гуми.
Применение биопрепаратов на контрольном фоне позитивно влияло на формирование зерновок в колосе, за счет чего в нем возросла масса зерна (таблица 5). При этом масса
Таблица 3. Влияние обработки семян пшеницы препаратами на распространение твердой головни
Вариант Распространение, %
11РН 0,9
11РН+гуми 20,5
118РН 3,8
118РН+гуми 14,5
Фитоспорин-М 1,8
Гуми 18,7
Раксил 0,7
Таблица 4. Влияние обработки семян препаратами на урожайность зерна
Вариант Урожайность, ц/га
е онтрольный фон е нфекционный фон T. caries
Контроль 11,6 15,5
11РН 17,1 15,8
11РН+гуми 16,6 16,0
118РН 16,4 15,5
118РН+гуми 15,5 15,0
Фитоспорин-М 15,6 14,8
Гуми 16,8 16,7
Раксил 17,8 15,5
НСРо,5 1,29 1,31
Таблица 5. Влияние обработки семян на элементы структуры урожая яровой пшеницы
Вариант Контрольный фон Инфекционный юн
+исло зерен в колосе і асса зерна 1 колоса,г і асса 1000 зерен, а +исло зерен в колосе і асса зерна 1 колоса, а* і асса 1000 зерен, г
Контроль 12 0,33 27,1 18 0,49 26,5
11РН 16 0,46 27,5 15 0,41 27,2
11РН+гуми 16 0,46 28,1 17 0,46 26,9
118РН 17 0,45 26,9 18 0,49 26,7
118РН+гуми 16 0,43 26,7 21 0,56 26,3
Фитоспорин-М 17 0,44 26,4 15 0,40 27,2
Гуми 20 0,54 27,5 23 0,63 26,7
Раксил 18 0,49 27,5 17 0,45 26,8
* учитывали здоровый колос
1000 зерен существенно не изменилась, как на инфекционном, так и на контрольном фонах. Использование биопрепаратов на контрольном фоне повысило массу зерна с одного колоса по отношению к контролю на 30-60%. В вариантах с инфекционной нагрузкой семян спорами T. caries обработка биопрепаратами, за исключением гумата и смеси его с препаратом на основе 118РН, снижала массу зерна с одного колоса.
Применение препарата на основе штамма 118РН, а также гуми-20 привело к снижению числа продуктивных стеблей на контрольном и инфекционном фонах. В то же время обработка семян этими препаратами повысила массу зерна с одного колоса. Следовательно, можно предположить, что рост последнего показателя объясняется снижением числа продуктивных стеблей на единице площади.
Хорошо известно, что гуматы стимулируют рост растений [1]. По нашим данным, это
может приводить к увеличению массы зерна в колосе пшеницы. Однако при инфицировании семян возбудителем твердой головни ростсти-мулирующий эффект гуми-20 негативно влияет на инфекционный процесс у растений пшеницы, что повышает распространение головневой инфекции на посевах, обработанных этим препаратом. Более того, оказалось, что обработка семян, заспоренных T. caries, препаратами на основе эндофитов совместно с гуми-20 также не целесообразна.
Таким образом, анализируя данные, полученные в результате исследований, можно сделать следующие выводы.
1. Выделены новые эндофитные штаммы B. subtilis, не уступающие, а также превышающие антагонистическую активность эталонного штамма 26D B. subtilis, являющегося основой препарата фитоспорин-М.
2. Экспериментальный биофунгицид на основе штамма 11РН B. subtilis по своей эффектив-
ности в защите растений пшеницы от твердой головни и в повышении урожайности не уступает известному фунгициду раксил и существенно превышает таковые показатели в сравнении с препаратом-прототипом фитоспорин-М.
3. Применение препарата гуми-20 для обработки семян пшеницы, заспоренных возбудителем твердой головни грибом T. caries, повышает распространение головни на посевах этой культуры.
Список использованной литературы:
1. Вакуленко В.В. Биологические препараты в технологии выращивания сельскохозяйственных растений // Биологические препараты растительного происхождения и их применение в технологии возделывания сельскохозяйственных культур. Сборник тезисов. - Новосибирск: Институт цитологии и генетики СО РАН, ООП НПП «Биохимзащита» - 2004. - С. 75
2. Ганиев Р.М. Взаимоотношения пшеницы с возбудителем твердой головни Tilletia caries (DC.) Tul. на ранних этапах патогенеза // Автореф. дисс. канд. с.-х. наук. - Курган, 2000. - 18 с.
3. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. - М.: «Колос», 1973. - С.175-178.
4. Коршунова А.Ф., Чумаков А.С., Щекочихина Р.И. Защита пшеницы от корневых гнилей. - Л.: ВИЗР, 1976. - 34 с.
5. Кузьмина Л.Ю. Логинов О.Н., Бойко Т.Ф. и др. Эффективность бактериальных препаратов при защите растений яровой пшеницы от твердой головни // С.-х. биология. Сер. Биология растений. - 2003. -№.5. - С. 69-73.
6. Недорезков В.Д. Биологическая защита пшеницы в условиях Южного Урала. - М.: Изд-во МСХА, 2002. - 173 с.
7. Недорезков В.Д. Биологическое обоснование применения эндофитных бактерий в защите пшеницы от болезней на Южном Урале. - Автореф. дисс. д-ра с.-х. наук. - С-Пб: ВИЗР, 2003. - 41 с.
8. Пересыпкин В.Ф. Болезни зерновых культур. - М.: Колос, 1979. - 384 с.
9. Практикум по микробиологии // Ред. Нетрусов А.И. и др. - М.: Издательский центр «Академия», 2005. - 608 с.
10. Санин С.С., Неклеса Н.П. Методические указания по проведению производственных демонстрационных испытаний средств и методов защиты зерновых культур от болезней // Защита и карантин растений. - 2004. - Приложение. - 23 с.
11. Ткаленко А.Н., Гораль С.В. Биопрепараты для защиты овощных культур. // Защита и карантин растений. - 2005. - №. 1. -С. 44.
12. Тютерев С.Л. Научные основы индуцированной болезнеустойчивости растений. - С-Пб: ВИЗР, 2002. - 328 с.
13. Хайруллин Р.М., Недорезков В.Д., Уразбахтина Н.А. и др. Пути повышения устойчивости пшеницы к болезням эндофитными штаммами Bacillus subtilis// Индуцированный иммунитет сельскохозяйственных культур - важное направление в защите растений (материалы Всероссийского научно-практической конференции. - Большие Вяземы - С.-Пб.: 2006. - 58 с.
14. Чулкина В.А.Корневые гнили злаков. - Новосибирск: Наука, Сибирское отд-ние, 1985. - 189 с.
