CC BY
36СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ
УДК 631.871
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ МЕТАБОЛИТОВ МИКРООРГАНИЗМОВ BACILLUS SUBTILIS НА РОСТОВЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРОРОСТКОВ ГОРОХА
Говенько Е.В., бакалавр 3 курса направления подготовки 19.03.01 «Биотехнология». Научный руководитель: руководитель ЦКП «Орловский региональный центр сельскохозяйственной биотехнологии», к.с.-х.н., доцент Гагарина И.Н.
ФГБОУ ВО Орловский ГАУ
АННОТАЦИЯ
Разработана схема выделения метаболитов микроорганизмов рода Bacillus Subtilis Полученные метаболиты, содержащие биологически активные вещества, применяли для проведения испытаний на семенах гороха сорта «Батрак». Семена замачивали в растворах, полученных метаболитов в концентрациях 10 -2 %, 10 -4 % и 10 -7 %. Контроль без обработки (замачивали в воде). Показана биологическая активность метаболитов по всем вариантам. Выделяется концентрация 10 -2 %. При этом на 10- е сутки наблюдается повышение длины проростков гороха на 32 %,а корешка на 47 %, количество корешков увеличивается на 54%. Следовательно, полученные метаболиты являются перспективными для применения в растениеводстве для повышения ростовой активности и корнеобразования
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
Микроорганизмы, метаболиты, ростовые показатели, горох, биологическая активность, проростки.
ABSTRACT
A scheme for isolating the metabolites of microorganisms of the genus Bacillus Subtilis was developed. The obtained metabolites containing biologically active substances were used for testing on pea seeds of the «Batrak» variety. The seeds were soaked in solutions of the obtained metabolites in concentrations of 10-2 %, 10-4 % and 10-7 %. Control without treatment (soaked in water). The biological activity of the metabolites in all variants is shown. A concentration of 10-2 % is released . At the same time, on the 10th day, there is an increase in the length of pea seedlings by 32 %, and the root by 47 %, the number of roots increases by 54%. Consequently, the obtained metabolites are promising for use in crop production to increase growth activity and root formation.
KEYWORDS
Microorganisms, metabolites, growth indicators, peas, biological activity, seedlings.
Введение. В сельскохозяйственной практике чаще всего применяются химические средства защиты.
Химические препараты, применяемые в современном растениеводстве высокоэффективны в борьбе с вредными организмами, однако они оказывают неблагоприятное воздействие на другие организмы и вызывают развитие резистентности у фитофагов и фитопатогенов, именно это приводит к применению все большего количества для достижения поставленных целей. Особое внимание уделяется накоплению химических препаратов в объектах окружающей среды и отрицательно, влияющих на здоровье человека, животных и рыб. Постепенное накопление синтетических химических средств защиты растений в [8].
Биологические препараты, на основе микроорганизмов регуляции экологически безопасны и при этом с их помощью удается осуществлять контроль численности фитофагов и фитопатогенов [1].
Микроорганизмы рода Bacillus Subtilis синтезируют более 220 биологически-активных веществ, представляющие интерес для биотехнологических исследований, в частности для разработки новых биологических средств защиты растений фитоиммуномодулирующего действия. В последние годы именно эти микроорганизмы часто применяются для получения новых биопрепаратов [6, 7].
В связи с импортозамещением биологическая защита растений наиболее актуальна. Актуальность связана и с переходом на биологическое земледелие и их использование, как раз рекомендовано именно в переходный период.
Применение химических средств защиты приводит к последствиям экологического плана и накоплению вредных, трудно растворяемых веществ в почве, что грозит экологической катастрофой для Планеты [2].
Основные принципы действия основываются на иммуномоделирующем эффекте метаболитов микроорганизмов рода Bacillus Subtilis, в состав которых входят большое количество биологически активных веществ, что как раз и вызывает ростостимулирующее, иммуномодулирующее и защитное действие.
И.И. Мечников дал обоснование возможности применения энтомопатогеннов для борьбы с фитофагами культурных растений, именно это послужило началом разработки и применения биопрепаратов [5].
Часто сами растения используются как источники для биологической защиты сельскохозяйственных культур, именно поэтому люди применяют инсектицидные и фунгицидные свойства некоторых растений [3, 4, 8].
Еще древние люди широко применяли настои и отвары из растений для борьбы с вредителями. Например, семенники моркови закладывают на хранение в шелухе лука для защиты от серой и белой гнилей. Применение настоев чеснока в период вегетации подавляет развитие возбудителей мучнистой росы, фитофтороза. Сильными инсектицидными свойствами против колорадского жука, лугового мотылька и др. обладают кавказская и далматская ромашки [9].
Настой тысячелистника пригоден для борьбы с тлями и клещами. В последнее время выявлено инсектицидное действие экстрактов цикория обыкновенного и одуванчика лекарственного против рисового долгоносика и злаковой тли.
Отличительными свойствами биологических препаратов являются их высокая эффективность, отсутствие фитотоксичности. Биопрепараты способствует восстановлению полезной микрофлоры в почве и на растениях, не вызывают привыкания у возбудителей заболеваний, оказывают ростостимулирующее и иммуномодулирующее действие, безопасны для человека, животных, рыб, пчел, полезной энтомофауны и окружающей среды (IV класс опасности) [2]. Не накапливаются в растениях и в почве, что способствуют получению экологически чистой продукции.
Целью исследований является изучение влияния метаболитов микроорганизмов Bacillus Subtilis на ростовые показатели проростков гороха.
Материалы и методы исследования. Bacillus Subtilis выделяли из сена лугового, привезенного из Орловского полесья.
Метаболиты получали методом культивирования микроорганизмов в лабораторном ферментере на 5 л INFORS Minifors в течении 36 часов.
С целью получения метаболитов была разработана технология выделения микробных метаболитов. После стадии культивирования микроорганизма-продуцента следующим технологическим этапом в нашей технологической схеме получения биологически активных веществ на основе метаболитов микроорганизмов является выделение и очистка конечного продукта из культуральной жидкости. Для многих микробиологических производств эта стадия начинается с разделения двух фаз, так
как конечный продукт может содержаться либо в нативном растворе, либо в микробной массе.
Процесс выделения и очистки разделен на ряд последовательных технологических операций, количество которых возрастает с повышением чистоты конечного продукта. Большая лабильность продуктов микробиологического синтеза, возможные потери их активности на стадии выделения и очистки производится приемами разделения, не сопровождающимися химическими воздействиями на выделяемое вещество.
Микроорганизмы-продуценты биологически активных веществ, в частности Bacillus Subtilis накапливают основную часть синтезируемых ими продуктов в культуральной жидкости.
Исследуемые нами культуральная жидкость микроорганизмов Bacillus Subtilis содержит 4,8% сухого вещества, отдельные микробные клетки или мицелий, продукты биосинтеза и остатки питательной среды.
Схема получения продуктов микробиологического синтеза и последовательность стадий обработки культуральной жидкости приведены ниже.
Рисунок 1 - Схема выделения метаболитов микроорганизмов Bacillus Subtilis
Замачивание семян гороха сорта «Батрак», проводили в течение 2 часов в растворе метаболитов в концентрации 10 -2 %, 10 -4 % и 10 -7 %. Контроль без обработки (замачивали в воде).
Выращивание семян гороха и пшеницы проводили в вегетативном сосуде объемом 5 мл. Количество семян в одной повторности - 100 шт. Объем питательного раствора 20 мл. Эксперимент проводили 10 суток, показания активности роста снимали на 3-и, 4-е, 8-е и 10-е сутки.
Результаты и обсуждение. В ходе эксперимента выявлено, что метаболиты микроорганизмов Bacillus Subtilis во всех вариантах проявляют биологическую активность и улучшают ростовые показатели семян гороха в сравнении с контролем. В таблице 1 приводятся данные, показывающие, что метаболиты микроорганизмов
Bacillus Subtilis в концентрации 10 "2 % проявляет наиболее высокую биологическую активность. Повышается длина проростка и длина корешка, при этом возрастает их масса, а также увеличивается количество боковых корешков. Особенно это отразилось на корнеобразовании. Так, количество корешков к концу эксперимента в контрольном образце без обработки 11 штук, при обработке метаболиты Bacillus Subtilis в концентрации 10 -7 % - 18 штук, метаболиты Bacillus Subtilis в концентрации 10 -4 % - 21 штука, а при обработке метаболитами в концентрации10 "2 % этот показатель возрастает до 26 штук, т.е. на 54 % в сравнении с контролем без обработки.
Аналогичную картину мы можем наблюдать и при изучении длины проростков и корешков. К 10 суткам эксперимента у образца, обработанного метаболитами в концентрации 10 "2 % длина проростка на 32 %, а корешка на 47 %. Такая же тенденция распространяется и на массу проростков и корешков.
Таблица 1 - Влияние растворов метаболитов Bacillus subtilis на ростовые показатели _проростков гороха_
Наименование варианта Сутки экспери Длина пророст Масса проростков, Длина корешка, Масса корешков, Кол-во боковых
мента ков, см г см г корешков
Контроль без обработки (вода) 3-и 4-е 8-е 0,1 0,6 2,7 0,2156 0,3584 0,6791 0,1 0,9 1,4 0,0455 0,1423 0,3956 0 2 8
10-е 3,1 0,8424 1,8 0,7638 11
Раствор метаболитов микроорганиз мов Bacillus Subtilis в концентрации 10 -7 % 3-е 4-е 8-е 0,1 0,6 2,6 0,0869 0,12451 0,7988 0,2 0,6 1,5 0,3826 0,4321 0,4732 0 4 10
10-е 3,3 1,0483 2,4 0,9361 18
Раствор метаболитов микроорганиз мов Bacillus Subtilis в концентрации 10 -4 % 3-е 4-е 8-е 10-е 0,6 1,2 3,0 3,9 0,1471 0,6689 0,8724 1,0256 0,1 1,9 2,4 2,9 0,0342 0,4521 1,4023 1,5285 1 5 17 21
Раствор метаболитов микроорганиз мов Bacillus Subtilis в концентрации 10 -2 % 3-е 4-е 8-е 0,5 2,2 3,5 0,6503 0,9532 2,0045 0,3 1,5 2,0 0,0317 0,3651 1,5811 2 4 19
10-е 4,1 2,4205 3,4 2,6024 26
Выводы. Таким образом, метаболиты микроорганизмов рода Bacillus Subtilis в концентрации 10 "2 %, представляют интерес для получения новых биопрепаратов для растениеводства. В ходе выполнения работы разработана технология выделения биологически активных веществ из метаболитов микроорганизмов рода Bacillus Subtilis, на основе, которых предполагается создание нового комплексного средства защиты сельскохозяйственных культур.
Библиография:
1. Коломбет Л.В. Грибы рода Trichoderma - продуценты биопрепаратов для растениеводства // Успехи медицинской микологии. М., 2007. Т. 1. С. 323-371.
2. Ковалёв В.М., Янина М.М. Методологические принципы и способы применения росторегулирующих препаратов нового поколения в растениеводстве // Аграрная Россия, 2009. № 1(2). С. 9-12.
3. Петрухина М.Т. Производство и применение микробиологических препаратов для борьбы с болезнями растений // Препараты микробиологического синтеза - сельскому хозяйству. М:, 2005. С. 3-11.
4. Сорокулова И.Б. Перспективы применения бактерий рода Bacillus для конструирования новых биопрепаратов // Антибиотики и химиотерапия. 2013. Т. 41. № 10. С. 13-15.
5. Смирнов В.В., Резник С.Р., Василевская И.А. Спорообразующие аэробные бактерии продуценты биологически активных веществ. Киев, 2012. 280 с.
6. Штерншис М.В. Тенденции развития биотехнологии микробных средств защиты растений в России // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2012. № 2 (18). С. 92-100.
7. Degering C., Eggert T., Puis M., Bongaerts J., Evers S., Maurer K.-H., Jaeger K. Optimization of protease secretion in Bacillus subtilis and Bacillus licheniformis by screening of homologous and heterologous signal peptides. Appl. Environ. Microb., 2010, 76: 6370-6376
8. Farace G., Fernandez O., Jacquens L., Coutte F., Krier F., Jacques Ph., Clément Ch., Barka E.A., Jacquard C., Dorey S. Cyclic lipopeptides from Bacillus subtilis activate distinct patterns of defense responses in grapevine. Mol. Plant Pathol., 2015, 16(2): 177-187
УДК 631.425.5
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ДЕЙСТВИЯ БИОГУМУСА НА СВОЙСТВА ЧЕРНОЗЁМА ВЫЩЕЛОЧЕННОГО И РАСТЕНИЯ САЛАТА
Козупова А.Н., Будаева А. Ю., Мукомел Н.А., Киселева Д.Ю., бакалавры 2 курса направления подготовки 35.03.03 «Агрохимия и агропочвоведение», Атменеев В.А., аспирант 3 года обучения направления подготовки 35.06.01 «Сельское хозяйство».
Кружок НИРС «Экология почвы».
Научный руководитель: д.с.-х.н., профессор Степанова Л.П.
ФГБОУ ВО Орловский ГАУ
АННОТАЦИЯ
Одним из основных показателей окультурирования почв, как показывает практика современного сельскохозяйственного производства, является увеличение содержания гумуса в почвах и изменение его качества. При этом следует иметь в виду, что низкий уровень гумусовых веществ внесением только одних минеральных удобрений не приводит к стабильному повышению плодородия почв. К тому же, применение высоких доз минеральных удобрений на бедных органическими веществами почвах часто сопровождается неблагоприятным действием их на почвенную микро- и макрофлору, накоплением в растениях нитратов и других вредных соединений, а во многих случаях и снижением урожая сельскохозяйственных культур. Исследованиями доказано, что гуминовые кислоты являются аккумуляторами органического вещества почвы -аминокислот, углеводов, пигментов, биологически активных веществ и лигнина. Кроме того, в гуминовых кислотах концентрируются ценные неорганические компоненты почвы-элементы минерального питания (азот, фосфор, калий), а также микроэлементы (железо, цинк, медь, марганец, бор, молибден и т.д.). Гуминовые кислоты представляют собой продукт естественной биохимической трансформации органического вещества в биосфере и являются основной частью органического
