CC BY
124
УДК 635.633.64:631.461.5.73
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ РИЗОСФЕРЫ В КАЧЕСТВЕ ПЕРСПЕКТИВНОГО БАКПРЕПАРАТА ДЛЯ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР
© О.Д. Сидоренко, Л.И. Воііпо
Sidorenko O.D., Voino L.I. The utilisation of mounting microorganisms as a long-term tank preparation for cultivating agricultural crops. The article looks at the effect of the Pseudomonas-based tank preparation ‘Bactosem’ on the agricultural productivity.
В последние годы наблюдается резкое снижение вносимых минеральных удобрений под сельскохозяйственные культуры. Отмечается дефицит органических удобрений (обспеченность ими в отдельных регионах РФ не превышает 15-20 %). Подобные предпосылки предопределяют альтернативные приемы повышения урожайности сельскохозяйственных культур. Одним из них является применение бактериальных препаратов.
Известно, что бакпрепараты благоприятно влияют на 60-70 % сельскохозяйственных культур. Микроорганизмы улучшают азотный и фосфорный режимы питания растений, способствуют укреплению их иммунной системы и увеличивают урожай на 20 - 30 % и более [1 - 6]. Однако активность интродуцированных микроорганизмов связана с приживаемостью их в ризосфере и ризоплане. Концентрация их в ризосфере и плотная колонизация корней зависят от правильного подбора штаммов, агрономически полезных их смесей и ассоциаций. Если преодолены причины слабой приживаемости микроорганизмов в зоне корней, - их эффективность гарантирована. Они заметно усиливают поступление азота и труднодоступного фосфора в растения, что частично компенсирует недостаток минеральных удобрений в почве.
Продукты жизнедеятельности микроорганизмов повышают не только поглотительную, но и синтетическую активность корней. Влияние же растений на микроорганизмы значительно ослабевает по мере удаления их от корней.
В основе «привлечения» в корневую зону почвенных микроорганизмов лежит экскреторная активность растений. Органические выделения корней однолетних растений составляют до 50 % от общего веса органической массы, синтезированной в течение вегетационного периода. Потери растения в виде эксудатов составляют 30 - 60 % от фотоассимилированного углерода, причем большая часть этих выделений является легко утилизируемыми субстратами для микроорганизмов [3, 7, 8]. Существует зависимость роста основной массы микроорганизмов от корневых выделений, особенно ведущих групп почвенных бактерий, таких, как псевдомонады. В ризосфере они составляют до 70 % от общего числа микроорганизмов. Высокая скорость роста позволяет им сохранять численное преимущество над конкурентами. Помимо этого, они оказывают ярко выраженное антагонистическое действие на многие фитопатогены.
Этими свойствами особенно отличается флюоресцирующая группа псевдомонад (Pseudomonos putida и P. fluorescens), которые синтезируют низкомолекулярные антибиотики, токсины сидерофоры.
Разнообразие биосинтетических и катаболических реакций, высокая скорость роста на простых по составу средах, особенности генетической организации, в частности наличие плазмид, позволяют рассматривать бактерии рода Pseudomonas как перспективный объект биотехнологии [1, 3, 4].
Известные антибиотики пирролнитрин, пиолютео-рин, феназин-1 -карбоновой кислоты, продуцируемые псевдомонадами, угнетают развитие фигопатогенных грибов. Некоторые соединения (сидерофоры) обладают биологической активностью и стимулируют рост растений [9].
Цель настоящей работы заключалась в исследовании бактерий Pseudomonas putida, выделенных из почв Вьетнама, получение биопрепаратов на их основе и использование последних при возделывании сельскохозяйственных культур.
Штамм бактерий образует желто-зеленый флюоресцирующий пигмент. Универсальным субстратом для него служит глицерин, хорошо он растет на органических, азотсодержащих и минеральных соединениях. Продукты метаболизма подавляют развитие широкого ряда бактерий и грибов-фитопатогенов.
Штамм бактерий явился основой препарата, условно названного Бактосем. Бактосем представляет собой культуральную жидкость (титр клеток 106-108 в 1 мл), pH - 7,0-7,6. Гарантийный срок хранения - один месяц при +4° С без нарушения стерильности. Чистую культуру выделяли на среде Кинга. Биопрепарат испытывался в течение 5 лет в тепличных комбинатах и на полях фермерских хозяйств Московской области.
Бактеризацию овощных культур и пшеницы проводили перед посадкой или посевом за 12 - 15 дней или в день посева. Клубни картофеля однократно опрыскивали или поливали 0,5 %-ным раствором препарата.
Испытание препарата сопровождали микробиологическими анализами почвы и ризосферы высевом на соответствующие питательные среды (Гетчинсона, Эшби, МПА, сусло-агар, Виноградского, КАА).
1. БАКТЕРИЗАЦИЯ КЛУБНЕЙ КАРТОФЕЛЯ
В процессе эксперимента учитывались следующие показатели: густота стояния растений, число и высота
Таблица 1.
Биометрические показатели картофеля
Показатели Сорта картофеля
Жуковский Луговской
контроль бактери- зация контроль бактери- зация
Высота растений 28,0 35,2 27,7 33,1
Накопление сухой массы растений, г/растение 9,9 14,7 4,7 8,2
Площадь листовой поверхности, дм2/растение 17,3 34,5 8,1 14,5
Таблица 2.
Влияние бактеризации клубней на структуру урожая картофеля
Масса Контроль Бактеризация
клубней, Сорта картофеля
г/куст Лугов- ской Жуков- ский Остара Лугов- ской Жуков- ский Остара
Крупные (80 г и более) 283,3 334,6 375,0 422,5 300,0 418,7
Средние (30-80 г) 100.0 114,6 137,5 217,5 104,2 152,1
Мелкие (30 г) 41,7 31,3 54,2 97,5 91,7 37,5
побегов, площадь листьев, структура урожая картофеля, а также численность микроорганизмов в почве в течение вегетационного периода.
Установлено, что бактеризация по-разному сказывается на биометрических показателях различных сортов картофеля. В фазу цветения у сорта Луговской площадь фотосинтезирующего аппарата растений при бактеризации клубней больше, чем у сортов Жуковский и Остара (табл. 1). Высота растений в начале роста (фаза всходов) при бактеризации клубней была выше на 5 - 6 см; однако в дальнейшем между вариантами не было разницы. Большая отзывчивость на бактеризацию клубней наблюдалась у сорта Луговской и Жуковский. Накопление сухой массы также было более интенсивным при бактеризации клубней. Показатели структуры урожая (табл. 2) в целом согласуются с характером накопления сухого вещества растениями разных сортов картофеля.
Следует отметить, что при бактеризации клубней картофеля сорта Жуковский выход мелких клубней был больше остальных сортов в три раза. Препарат Бактосем стимулировал столонообразование и, соответственно, образование новых клубней, не получивших полного развития к уборке урожая.
Прибавки урожая картофеля при бактеризации клубней составляли 3,1 - 4,3 т/га по сравнению с контролем. Максимальная прибавка урожая картофеля отмечена у сорта Луговской - 6,2 т/га (22,7 %) и Жуковский - 5,1 т/га (48,5 %) по сравнению с контролем. Неоднозначная отзывчивость растений на бактеризацию обусловлена сортовыми различиями картофеля.
Микробиологический анализ ризосферы картофеля показал, что бактеризация клубней повышает численность микрофлоры и зависит от сортовой особенности картофеля (табл. 3).
Таблица 3.
Численность ризосферных микроорганизмов в фазу бутонизации картофеля (млн./г абс. сух. почвы)
Сорта картофеля
Микроорга- низмы Луговской Жуковский Остара
кон- троль бакте- риза- ция кон- троль бакте- риза- ция кон- троль бакте- риза- ция
Учет на МПА: общее количество. 2,9 333,9 1,9 4,8 1,4 1.8
в т.ч. бациллы 0,1 0,2 0,1 0,2 0,1 0.1
Учет на КАА: общее количество, 3,2 5Д 2,7 3,5 2,5 3,7
в т.ч. акгано-мицеты 2,0 2,2 1,7 1,8 1,2 1.7
Учет на среде Эшби: общее количество, 5,8 8,5 7,0 9,4 4,8 4,9
в т.ч. микобактерии 1,4 2,8 2,1 3,8 1,3 1,6
Соотношение микроорганизмов, учитываемых на МПА и КАА 0,9 0.8 0,7 1,4 0,6 0.5
Установлено, что коэффициент минерализации (соотношение микроорганизмов на МПА и КАА) органического вещества в почве, меньше единицы, указывает на низкую степень данного процесса в ризосфере картофеля. Этот показатель, больше единицы, указывает на интенсивность минерализации органического вещества в почве при внесении минеральных удобрений [4].
Следовательно, бактеризация клубней картофеля препаратом Бактосем активизирует рост и развитие растений, повышает численность ризосферных микроорганизмов, изменяет структуру урожая и увеличивает продуктивность растений. Бактеризованные растения не были подвержены заболеванию ризоктониозом, в отличие от контрольных.
Таблица 4.
Влияние бактеризации семян на биометрические показатели капусты1
Показатели Контроль Бактеризация
Сырая масса корней, г/растение 106,0 150.0
Сырая масса листьев, г/растение 1600,2 1700,2
Площадь листьев, дм2/растение 78,3 117,6
Количество листьев, шт/растение 23,0 23,0
Сырая масса стебля, г/растение 375,0 433,3
Сырая масса кочана, г/растение 1280,0 1700,0
Урожайность, т/га 35,8 47,6
1 Опыт в АОЗТ «Дмитровский» Московской области на пойме.
Выявлено, что псевдомонады сдерживают развитие фитопатогенного гриба - возбудителя ризоктониоза. Полученные данные свидетельствуют о реальной возможности использования бактериального препарата Бактосем для повышения продуктивности картофеля и улучшения санитарного состояния почвы, богатой аборигенной популяцией ризоктоний.
2. БАКТЕРИЗАЦИЯ СЕМЯН КАПУСТЫ
В течение вегетационного периода проводили систематическое наблюдение за развитием растений капусты. Контрольные растения по всем параметрам уступали бактеризованным, хотя резких визуальных отличий не наблюдалось.
Результаты анализов показывают (табл. 4), что индуцированные микроорганизмы препарата Бактосем оказывают положительное влияние на развитие растений капусты. Они способствуют увеличению корнеоб-разования и повышению поглотительной способности корневой системы.
3. БАКТЕРИЗАЦИЯ СЕМЯН ТОМАТА
Инокуляция семян бакпрепаратом перед посевом и смачивание корней рассады бактериальной суспензией перед высадкой в грунт способствуют усилению роста корневой системы томатов, ускорению развития рассады и изменению соотношения количества плодов и их размеров (табл. 5). Соотношение крупных плодов к мелким (с/ = 2 см) у бактеризованных растений составляло 12/2, а в контрольных - 8/1.
Следует отметить, что рассада томатов, бактеризованных семян, с начала роста отличалась темнозеленым цветом, большей листовой поверхностью и мощным стеблем. Инокулированные растения опережали в росте контрольные, вплоть до съема плодов.
4. БАКТЕРИЗАЦИЯ СЕМЯН ОГУРЦА
(сорт ТСХА-2693)
Многолетние результаты исследований показали, что Бактосем положительно влиял на развитие растений огурца и их продуктивность. Как правило, в течение вегетационного периода проводят биометрию растений. В табл. 6 представлены данные развития 3-месячных растений огурца. Установлена общая закономерность: в начальный период развития огурца растения не отличаются по высоте, но через 2 - 2,5 недели инокулированные семена дают хорошие показатели. Растения выше контрольных на 3 - 5 см и более, листья приобретают темно-зеленую окраску и не обнаруживается пораженных болезнью растений. Стебли толще контрольных образцов, корневая система более мощная.
Таблица 5.
Влияние бактеризации семян на развитие растений томата (сорт Верлиока)
Показатели Контроль Бактеризация
Количество плодов, шт./куст 12,0 15,0
Отношение крупных плодов к мелким, шт./куст 8 : 1 12 : 2
Масса плодов, г/куст 740 1080
Прибавка урожая, % 100 137
Таблица 6.
Влияние бактеризации семян огурца на развитие растений
Показатели Контроль Бактеризация
Высота растений, м 2,20 2,30
Количество междоузлий, шт 24 28
Площадь листа 28x30 см 30x32 см
Размеры плодов 12x2,8 см 13x3,0 см
Масса плодов (средняя), г 9 + 0,015 110 + 0,025
При пикировке и пересадке в грунт рассада бактеризованных семян, как правило, активно развита. При этом следует отметить, что всходы инокулированных семян появляются на 20 - 25 суток раньше контрольных и высота их более 4 - 5 см. Первый настоящий лист появляется через 7 дней, а в контроле - через 12 дней. Стимулирующий эффект бактеризации семян отмечается с начала роста огурца, но к концу вегетации высота контрольных и бактеризованных растений практически одинакова. Однако бактеризованные растения не поражаются гнилями и нематодой и до конца вегетации имеют темно-зеленый цвет листьев.
Микробиологический анализ тепличного грунта показал активное развитие агрономически полезных микроорганизмов в ризосфере. Нами представлены сравнительные данные микрофлоры грунта и ризосферы огурца (табл. 7).
В ризосфере увеличивается численность азотфик-сирующих, аммонифицирующих и аэробных целлюлозоразрушающих бактерий. Причем микробное сообщество тепличного грунта, благодаря индуцированным псевдомонадам бактериального препарата Бактосем, обогащается разнообразными микроорганизмами -антогонистами фитопатогенов. Они в большом количестве обнаруживались в ризосфере бактеризованных растений, а число грибов, учитываемых на сусле-агаре, было наименьшим.
Численность азотфиксирующих и аммонифицирующих бактерий увеличивается в ризосфере огурца, что указывает на улучшение азотного питания бактеризованных растений и накопление биологического азота в тепличном грунте.
Таблица 7.
Численность микроорганизмов в тепличном грунте и ризосфере огурца (кл./г сух. грунта/корней)1
Физиологические группы микроорганизмов Контроль Бактеризация
Аммонификсаторы (на МПА) 5,4х10б/6,0х10б 7,0хЮ6/8,2х107
Целлюлозоразрушающие (на среде Гетчинсона) 2,0х103/3,0х104 2,8х104/4,1х107
Микобактерии 4,0х104/5,0х104 6,9х104/8,8х103
Клостридии (на среде Виноградского) 2,8хЮ5/3,7хЮ7 6,5 х 10б/7,8х 108
Грибы (на СА) 1,6х103/2,5х103 8,0х104/2,0х103
Соотношение количества бактерий, растущих на МПАи КАА 1:1,2/1:1,2 1:1,0/1:0,9
1 Числитель - тепличный грунт, знаменатель - ризосфера.
Таблица 8.
Биометрические показатели бактеризованных растений пшеницы (сорт ЇЇ-CM, Вьетнам)
Показатели Контроль Бактеризация
Густота стояния (фаза кущения), количество растений/м2 30 30
Количество растений перед уборкой, среднее количество/м2 66 87
Количество кустов (среднее на м2) 28 31
Количество колосков (среднее на м2) 64 82
Высота растений 65 69
Вес зерна (с одного снопа), г 101,1 144,0
Интенсивность микробиологических процессов и численность агрономически полезных микроорганизмов указывают на целесообразность бактеризации семян овощных культур, возделываемых в теплицах.
Таким путем можно интенсифицировать жизнедеятельность бактерий и полезные микробиологические процессы в торфяных тепличных субстратах.
Соотношение количества бактерий, использующих органический (МПА) и минеральный (КАА) азот, более широко для контроля, т. е. тепличного грунта. В ризосфере же огурца оно сужается, особено это заметно в ризосфере бактеризованных растений. Эти данные подтверждают низкую степень минерализации органического вещества в зоне корневой системы и активизацию процесса в тепличном грунте.
Следовательно, бактеризация семян овощных культур, возделываемых в защищенном грунте, может способствовать частичной санации грунта благодаря развитию микробов-антагонистов и сохранению органического вещества, т. е. его консервации в течение вегетационного периода.
5. БАКТЕРИЗАЦИЯ СЕМЯН ПШЕНИЦЫ
Результаты полевого опыта показали, что бактеризация семян пшеницы дала положительные результаты (табл. 8). Развитие бактеризованных растений было активизировано ингродуцированными бактериями рода Pseudomonas putida, которые обильно колонизировали корневую систему пшеницы.
Они хорошо приживаются в почве, способствуют наиболее активному развитию корней, формированию узла кущения и продуктивности растений.
6. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
В настоящее время широко известен перечень взаимозаменяемых биопрепаратов и пестицидов при проведении защиты растений в открытом и защищенном грунте. Преимущество биопрепаратов очевидно. Кроме улучшения азотного и фосфорного питания растений, микроорганизмы обладают комплексом других полезных свойств. Они оказывают гормональное и фунгистатическое действие, способствуют усилению защитных функций растений и повышению их продуктивности.
При использовании бактериальных препаратов важна доза интродуцентов, их приживаемость в
почве или тепличных грунтах и пролонгированная эффективность.
Известно, что в почвогрунтах теплиц овощные растения развиваются на искусственном субстрате при полном и достаточно обильном обеспечении элементами питания в легкоусвояемой форме. Как правило, применяют широкий спектр пестицидов для борьбы с болезнями растений, возбудители которых часто присутствуют в исходных компонентах грунтов. Термическая и химическая обработки грунтов становятся дорогостоящими мероприятиями и не всегда эффективны. Более того, в течение вегетационного периода неоднократно проводят дезинфекции в теплицах. Следовательно, овощная продукция, выращенная на таком грунте, содержит повышенные дозы токсикологических веществ, которые в дальнейшем включаются в пищевые цели человека.
В связи с вышеуказанным наиболее перспективным и безопасным является применение бактериальных препаратов при возделывании овощных и других сельскохозяйственных культур в окрытом и защищенном грунте. Наш препарат Бактосем прошел многолетние испытания в производстве и вполне может быть рекомендован для возделывания зерновых, технических, овощных, зеленных культур, кормовых трав и др. Это обусловлено несколькими причинами:
Во-первых, микроорганизмы Бактосем, нанесенные на семена, стимулируют образование мощных корней при всходах, плотно заселяются и конкурируют с почвенными фитопатогенами. Взаимодействия микроорганизмов и семян устанавливаются сразу же при прорастании: вначале повышается энергия прорастания семян и их всхожесть, в дальнейшем ускоряется развитие растений на 7 - 10 дней. При этом установлено, что хорошо развитая рассада более устойчива к фитопатогенам. У инокулированных растений развиваются более мощные стебли, увеличиваются площадь листовой поверхности и корнеобразование. В конечном итоге инокулированные растения более продуктивны и не поражаются гнилями, ризоктониозом, нематодой, в отличие от контрольных. Положительное влияние бак-препарата, по-видимому, обусловлено синтезом соединений, обладающих высокой ростостимулирующей и защитной активностью.
Во-вторых, физиологические особенности микроорганизмов Бактосем дают возможность существенно повысить качество продукции, а также азотный баланс почвы и грунтов теплиц.
В-третьих, в результате проведенных нами исследований установлено, что групповой состав и численность микроорганизмов в тепличном грунте при внесении бактосем изменяются в пользу агрономически ценных микроорганизмов. Таким приемом можно постепенно оздоровить и даже обновить весь комплекс микроорганизмов в грунтах теплиц и превратить их в биологически активные. Высокая биологическая активность способствует ускоренной трансформации химических соединений в грунтах и снижению их токсичности.
Заметно понижает биологическую активность тепличного грунта ежегодная дезинфекция (пропаривание, химические обработки и др.). В длительно используемых торфяных грунтах снижаются общая численность ризосферной микрофлоры и ее разнообразие, а также продуцирование диоксида углерода. Одновременно с этим растет численность потенциальных фитопатогенов.
ВЫВОДЫ
Таким образом, многолетние испытания бакпрепа-рата Бактосем позволяют рекомендовать его в качестве перспективного препарата при возделывании сельскохозяйственных культур. Предпосевная обработка семенного материала бактериальным препаратом Бактосем эквивалентна действию приблизительно 20 - 30 кг азота/га и более, что снижает содержание нитратов в готовой продукции. Сокращение доз пестицидов при использовании бакпрепарата также оздоровляет качество овощей.
Предпосевная обработка семян жидким препаратом Бактосем может быть заменена дражжированием семян с лиофилизированными клетками бактерий с добавлением небольших концентраций химических макро- и микроудобрений, пестицидов. Насыщение таким составом поверхности семян будет способствовать лучшей защите растений от инфекций и повышению их иммунных свойств.
ЛИТЕРАТУРА
1. Джалилов Ф.С., Корсак И.В., Перебитюк А.Н. Интродукция микроорганизмов в окружающую среду: Тез. докл. конф. Пущино, 1994. С. 3.
2. Кочетков В.В., Воронин АА4. Экологизация сельскохозяйственного производства Северо-Кавказского региона: Тез. докл. совещания. 1995. С. 65.
3. Лысак Л.В., Максимова Н.П. Интродукция микроорганизмов в окружающую среду: Тез. докл. конф. Пущино, 1994. С. 65.
4. Мишустин Е.Н. Микрофлора почв северной и средней части СССР. М.: Наука, 1966. С. 3.
5. Ратнер Е.И. Питание растений и жизнедеятельность их корневых систем: XVI Тимирязевские чтения. М.: АН СССР, 1958. С. 75.
6. Сидоренко О.Д И Международный сельскохозяйственный журнал. 1997. №4. С. 53.
7. Сидоренко О.Д., Стороженко В.А., Кухаренкова О.В. // Международный сельскохозяйственный журнал. 1996. №6. С. 36.
8. Гузев B.C. Микроорганизмы в сельском хозяйстве: Тез. докл. конф. Пущино, 1992. С. 44.
9. ГарагуляА.Д Автореферат, диссертация кандидата биологических наук. Киев, 1975. С. 28.
Поступила в редакцию 20 ноября 1998 г.
