CC BY
17
УДК 332.3
DOI: 10.24411/2587-6740-2019-11009
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ БИОПРЕПАРАТОВ НА МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И СОДЕРЖАНИЕ ЭССЕНЦИАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ОКРЕ
С.П. Замана1, А.В. Соколов2, Т.Г. Федоровский1, С.А. Соколов3
1ФГБОУ ВО «Государственный университет по землеустройству», г. Москва 2ФГБОУ ВО «Российский государственный аграрный заочный университет», г. Балашиха, Московская область
3МООО «Научно-технический центр — Устойчивое развитие агроэкосистем», п. Новоивановское, Московская область, Россия
Приведены результаты опыта по выращиванию ценной овощной культуры окры в фермерском хозяйстве в Оцеоле (штат Арканзас, США) с применением инновационных биопрепаратов на основе непатогенных микроорганизмов. Показано, что применение исследуемых биопрепаратов способствовало значительному улучшению морфологических характеристик растений, таких как высота растений, количество боковых ветвей, листьев, плодов. В зеленых плодах окры повышалось содержание жизненно важных элементов — азота, серы, калия, железа, цинка, меди, магния и фосфора, по сравнению с контрольным вариантом, в то же время содержание нитратов значительно уменьшалось, что позволяет считать применение исследуемых биопрепаратов на основе непатогенных микроорганизмов перспективным. Ключевые слова: биопрепараты, непатогенные микроорганизмы, плоды окры, макро- и микроэлементы.
Введение
В связи с недостаточной обеспеченностью населения жизненно важными нутриентами, такими как макро- и микроэлементы, витамины, аминокислоты и др., в настоящее время особую актуальность приобретает создание качественных продуктов питания, поскольку именно пищевым статусом в значительной степени определяется здоровье человека, причем наиболее физиологичны для него ну-триенты, имеющиеся в цельном, первозданном природой, продукте.
В отличие от саморегулирующейся природной экосистемы, где круговорот химических элементов практически замкнут, в агро-экосистеме управление круговоротом ведется человеком извне. Несбалансированное и избыточное применение в сельском хозяйстве минеральных удобрений, пестицидов, гербицидов и т.д. приводит к значительному накоплению в растениях вредных веществ, что снижает пищевую ценность сельскохозяйственной продукции и чаще всего воздействует на организмы, повреждая систему иммунитета.
Большая роль в биогеохимическом круговороте химических элементов принадлежит живым организмам, особенно почвенным микроорганизмам. Они создают плодородие почвы, плодородная почва — это сообщество сотен видов живых организмов. В почве корни растений окружены живым слоем микробных клеток — бактерий и грибов, как полезных, так и вредных.
Получение с помощью препаратов, содержащих непатогенные микроорганизмы, экологически безопасной растениеводческой продукции с оптимальным содержанием жизненно важных химических элементов, витаминов и аминокислот является в наше время одной из важнейших задач.
Многие зарубежные ученые [1, 2] отмечают, что применение непатогенных почвенных бактерий, живущих на корнях растений, является очень перспективным направлением и открывает значительные возможности для органического сельского хозяйства. Бактерии, относящиеся к роду Bacillus, и особенно штаммы Bac. subtilis, эффективны для биологической борьбы со многими болезнями растений, вызываемыми почвенными патогенами [3-6].
К биопрепаратам, характеризующимся потенциально высокой ростостимулирую-щей активностью, относятся и исследуемые нами препараты на основе непатогенных микроорганизмов.
Цель исследования
Целью проведенного нами исследования было изучение влияния инновационных биопрепаратов на основе непатогенных микроорганизмов на морфологические показатели растений окры и на содержание эссенциаль-ных макро- и микроэлементов в зеленых плодах при выращивании ее в условиях штата Арканзас (США).
Материалы и методы
Место проведения опыта. Микрополевой опыт с окрой проводился в штате Арканзас на территории земельного участка фермера из Оцеолы. Данное хозяйство находится в юго-восточной части штата, характеризующейся практически плоской равнинной поверхностью с аллювиальными почвами. Климат влажный субтропический с жарким влажным летом и холодной, менее влажной, зимой; в июле средний максимум составляет 34°C, минимум — 23°C; в январе средний максимум составляет 11°C, средний минимум — 0°C. Среднегодовое количество осадков колеблется от 1000 и 1500 мм.
МЕЖДУНАРОДНЫЙ
Характеристика растения окры. Окра (лат. Abelmoschus esculentus) является очень ценной овощной культурой, имеющей много названий, среди которых гомбо, бамия и дамские пальчики. Это однолетнее травянистое растение из семейства Мальвовых, широко распространенное в Африке, Северной Америке, Индии, встречается в Европе, России и на Украине. Это теплолюбивое, влаголюбивое и солнцелюбивое растение.
По химическому составу плоды окры похожи на бобовые. Окра -идеальный овощ для похудения, ее называют мечтой вегетарианца из-за огромного количества содержащихся в ее плодах полезных и питательных веществ: сырого белка (1,5-2%), сахара (2,2-6,1%), диетического волокна, витаминов С (14-35 мг/100 г), В6, К, А, фолиевой кислоты, железа, кальция и калия. В зрелых семенах содержится до 20% масла, напоминающего по составу оливковое.
Диетическое волокно и растительная слизь окры поглощается в тонком кишечнике, что способствует регулированию уровня сахара в крови. Этот овощ также укрепляет стенки капилляров, вымывает лишний холестерин и токсины из организма. Окру рекомендуют применять при таких заболеваниях, как атеросклероз, ангина, депрессия, хроническая усталость, диабет, катаракта, астма, язвенная болезнь желудка и др.
Характеристика применяемых биопрепаратов. Предлагаемые биопрепараты безопасны для человека, растений, животных и окружающей среды. Они усиливают иммунитет растений и, соответственно, повышают стойкость растений к неблагоприятным факторам окружающей среды, в том числе и к значительному повышению температуры в условиях жаркого лета. Они существенно снижают развитие корневых гнилей и фитопатогенов любых типов и источников.
- 35
ЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ № 1 (367) / 2019
SCIENTIFIC SUPPORT AND MANAGEMENT OF AGRARIAN AND INDUSTRIAL COMPLEX
В состав биопрепаратов, кроме непатогенных микроорганизмов, составляющих действующее вещество препарата, входят питательная среда и органоминеральный носитель. В опыте применяли два биопрепарата, несколько отличающихся по составу микроорганизмов. В обоих биопрепаратах содержались спорообразующие бактерии Bacillus sp., живущие в плодородной почве — черноземе, и гриб — антагонист фитопатогенов. Кроме выше названных микроорганизмов, в первый препарат был добавлен микоризный гриб, а во второй — симбиотическая азотфиксирующая бактерия.
С технологической точки зрения эндоспоры бактерий Вас. subtilis более эффективны, чем живые клетки, поскольку они более стойкие по сравнению с вегетативными клетками и сохраняют жизнеспособность многие годы при правильных условиях хранения препарата. Кроме того, эндоспоры устойчивы к экстремальным значениям рН, намного более устойчивы к высушиванию с целью образования порошков и относительно легко производятся с использованием промышленной ферментационной технологии.
Биопрепараты представляет собой порошок, который может храниться в сухом прохладном месте при температуре от +50С до
+250С в течение 3 лет. Сухой препарат предварительно разводят в соответствующем количестве нехлорированной воды и заливают в опрыскиватель. Раствор должен быть использован в течение суток, лучше в пасмурную погоду или утром.
Методика проведения опыта. Схемой проведенного нами опыта предусматривалось два варианта: 1) контроль, 2) биопрепараты. На делянках размером 20 м2 высевали семена окры в начале мая. При посеве вносили раствор с биостимулятором № 1 в дозе из расчета 1 кг/га. Через 1,5 месяца после посева растения окры опытного варианта поливали биопрепаратом № 2 из расчета 0,5 кг/га. За выращиваемыми растениями в период вегетации проводилось визуальное наблюдение, а в начале октября была проведена оценка основных морфологических показателей растений и отобраны зеленые плоды окры для проведения химического анализа. Химический элементный состав зеленых плодов окры определяли общепринятыми в США методами в лаборатории Waypoint analytical (штат Теннесси, Мемфис).
Результаты и обсуждение
Растения окры опытного и контрольного вариантов через 5 месяцев после посева значительно различались по своим морфологиче-
ским характеристикам. Как видно из рисунка, на каждом растении окры одновременно имеются зеленые и перезревшие плоды, плоды в стадии созревания в них семян, новые цветки и бутоны. Для пищевых целей собирают зеленые плоды размером не более 10 см в период времени с августа по ноябрь.
Внесение биопрепаратов способствовало лучшему развитию растений окры. Так, высота растений в среднем увеличилась на 38% (с 73 см в контрольном варианте до 101 см в опытном), количество боковых ветвей на одном растении — в среднем на 75% (с 4 шт. в контрольном варианте до 7 шт. в опытном), количество листьев на растении — в среднем на 45% (с 22 шт. в контрольном варианте до 32 шт. в опытном), количество семян в одном созревшем плоде — в среднем на 65% (с 32 шт. в контрольном варианте до 53 шт. в опытном), количество зеленых плодов разного размера на одном растении — в среднем на 39% (с 23 шт. в контрольном варианте до 32 шт. в опытном) (табл. 1).
Поскольку урожайность плодов окры определяется количеством листьев на стебле (так как цветки располагаются именно в пазухах листьев, то сколько вырастает листьев на растении, столько будет на нем и плодов), поэтому количество листьев является одним
Рис. Вид растений окры опытного и контрольного вариантов
36 -
INTERNATIONAL AGRICULTURAL JOURNAL № 1 (367) / 2019
Таблица 1
Морфологические показатели растений окры через 5 месяцев после посева
Показатели Среднее значение показателя Изменения, / к контролю
Контроль Биостимуляторы
Высота растения, см 73 1C1 38
Количество боковых ветвей 4 7 7S
на растении, шт.
Количество листьев на одном 22 32 4S
растении, шт.
Количество зеленых плодов
разного размера на одном 23 32 39
растении, шт.
Количество семян в одном 32 S3 6S
созревшем плоде, шт.
Таблица 2
Содержания жизненно важных элементов в зеленых плодах окры
Показатели Среднее содержание в вариантах опыта
Контроль Биостимуляторы
N, % 2,06 2,23
S, % 0,23 0,2S
P, % C,SC 0,6S
K, % 3,38 3,42
Mg, % 0,34 0,40
Ca, % 0,99 0,99
Na, % 0,02 0,02
B, мг/кг 2S 26
Zn, мг/кг S3 64
Mn, мг/кг 14 13
Fe, мг/кг 48 68
Cu, мг/кг 6 9
www.mshj.ru
из важных характеристик растения. Плоды у окры пирамидальной формы с 5-7 гранями, длиной 20-25 см, их называют многосемянной коробочкой, внутри которой имеются округлые семена диаметром 5-6 мм. Цветение окры начинается спустя 2 месяца после появления всходов. Собирают ее плоды многократно (каждые 2-3 дня) до наступления заморозков.
Химический элементный состав зеленых плодов окры. В зеленых плодах окры определяли содержание 12 жизненно важных химических элементов. Полученные результаты оценивали с позиций отношения изучаемых элементов к живым организмам. Согласно классификации А. Ленинджера [7], к необходимым неорганическим макроэлементам относятся азот, сера, калий, кальций, фосфор, натрий, магний и др. Результаты определения содержания макро- и микроэлементов в зеленых плодах выращенной в опыте окры представлены в таблице 2.
Установлено, что в плодах окры, выращенной с применением биопрепаратов, по сравнению с контрольным вариантом, содержание азота увеличилось с 2,06 до 2,23% (в 1,1 раза), серы — с 0,23 до 0,25% (в 1,1 раза), фосфора — с 0,50 до 0,65% (в 1,3 раза), магния — с 0,34 до 0,40% (в 1,2 раза). Содержание калия (3,38% в контрольном варианте и 3,42% в
опытном), кальция (0,99% в обоих вариантах) и натрия (0,02% в обоих вариантах) в плодах практически не изменилось при применении биостимуляторов.
Согласно А.П. Авцыну с соавторами [8], цинк, марганец, железо, медь относятся к важнейшим эссенциальным (жизненно важным) микроэлементам, а бор — к условно эссенци-альным. Из данных таблицы 2 видно, что под воздействием вносимых биопрепаратов в зеленых плодах окры увеличивалось содержание цинка с 53 до 64 мг/кг (в 1,2 раза), железа — с 48 до 68 мг/кг (в 1,4 раза), меди — с 6 до 9 мг/кг (в 1,5 раза). Содержание бора увеличилось незначительно — с 25 до 26 мг/кг, а содержание марганца, наоборот, уменьшилось с 14 мг/кг (в контрольном варианте) до 13 мг/кг (в опытном варианте).
Определение нитратов в зеленых плодах окры показало, что их уровень при применении биопрепаратов значительно уменьшился — с 374 до 222 мг/кг (в 1,7 раза).
Таким образом, инновационные биопрепараты на основе непатогенных микроорганизмов способствовали улучшению морфологических показателей растений окры — увеличивалось количество боковых ветвей, листьев, зеленых плодов на одном растении и семян в созревших плодах, высота рас-
тений. Повышалась также аккумуляция многих жизненно важных макро- и микроэлементов в зеленых плодах окры, особенно фосфора, магния, цинка, железа, меди, в то же время значительно снизился в них уровень накопления нитратов.
Литература
1. Handelsman, J. Biocontrol of soilborne plantpatogens. J. Handelsman, E.V. Stabb. Plant Cell.
1996. Vol. 8. P. 1855-1869.
2. Whipps, J.M. Microbial interactions and biocontrol in the rhizosphere. J. Exp. Bot. 2001. Vol. 52. P. 487-511.
3. Asaka, O. Biocontrol of Rhizoctonia solani damping-off of tomato with Bacillus subtilis RB14. O. Asaka, M. Shoda. Appl. Environ. Microbiol. 1996. Vol. 62. P. 4081-4085.
4. Backman, P.A. Bacteria for biological control of plant diseases. P.A. Backman, M. Wilson, J.F. Murphy. Envaronmentally safe approaches to crop disease control.
1997. P. 95-109.
5. Brannen, P.M. Kodiak — a sussessful biological-control product for suppression of soil-borne plant pathogents of cotton. P.M. Brannen, D.S. Kenney. J. Ind. Biotechnol. 1997. Vol. 19. P. 169-171.
6. Chen, T.W. Biological control of carrot black rot. T.W. Chen, W.S. Wu. J. Phytopathol. 1999. Vol. 147. P. 99-104.
7. Ленинджер А. Основы биохимии. М.: Мир, 1985. Т. 1. 365 с.
8. Авцын А.П., Жаворонков А.А., Риш М.А., Строч-кова Л.С. Микроэлементозы человека. М.: Медицина, 1991. 496 с.
Об авторах:
Замана Светлана Павловна, доктор биологических наук, профессор кафедры земледелия и растениеводства, ORCID: http://orcid.org/0000-0001-7927-364X, зуеАапа. zamana@gmail.com
Соколов Александр Васильевич, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, ORaD: http://orcid.org/0000-0002-7923-8606, vasiliykvasnik@gmail.com Федоровский Тарас Григорьевич, кандидат биологических наук, доцент, ORCID: http://orcid.org/0000-0001-7439-3212, stardast@protonmail.com Соколов Сергей Александрович, заместитель директора, ORCID: http://orcid.org/0000-0002-3950-2273, sergey.alex.sokolov@gmail.com
ESTIMATION OF THE IMPACT OF BIOLOGICAL PRODUCTS ON THE MORPHOLOGICAL CHARACTERISTICS AND CONTENT OF ESSENTIAL ELEMENTS IN THE WAY
S.P. Zamana1, A.V. Sokolov2, T.G. Fedorovsky1, S.A. Sokolov3
'State university of land use planning, Moscow
2Russian state agrarian correspondence university, Balashikha, Moscow region Scientific and technical center — Sustainable development of agroecosystems, Novoivanovskoe, Moscow region, Russia
The study shows the results of the experiment on the cultivation of valuable okra vegetable crops in a farm in Osceola (Arkansas, USA) using innovative biological products based on non-pathogenic microorganisms. It is shown that the use of the studied biological products has contributed to a significant improvement in the morphological characteristics of plants, such as plant height, the number of side branches, leaves, fruits. In the green fruits of okra, the content of vital elements — nitrogen, sulfur, potassium, and especially iron, zinc, copper, magnesium, and phosphorus — increased compared to the control variant, while the content of nitrates was significantly reduced, which suggests the use of the studied biological products based on non-pathogenic microorganisms is promising. Keywords: biological products, non-pathogenic microorganisms, fruits of okra, macro- and microelements.
References
1. Handelsman, J. Biocontrol of soilborne plantpatogens. J. Handelsman, E.V. Stabb. Plant Cell. 1996. Vol. 8. P. 1855-1869.
2. Whipps, J.M. Microbial interactions and biocontrol in the rhizosphere. J. Exp. Bot. 2001. Vol. 52. P. 487-511.
3. Asaka, O. Biocontrol of Rhizoctonia solani damping-off of tomato with Bacillus subtilis RB14. O. Asaka, M. Shoda. Appl. Environ. Microbiol. 1996. Vol. 62. P. 4081-4085.
About the authors:
4. Backman, P.A. Bacteria for biological control of plant diseases. P.A. Backman, M. Wilson, J.F. Murphy. Envaronmentally safe approaches to crop disease control. 1997. P. 95-109.
5. Brannen, P.M. Kodiak — a sussessful biological-control product for suppression of soil-borne plant pathogents of cotton. P.M. Brannen, D.S. Kenney. J. Ind. Biotechnol. 1997. Vol. 19. P. 169-171.
6. Chen, T.W. Biological control of carrot black rot. T.W. Chen, W.S. Wu. J. Phytopathol. 1999. Vol. 147. P. 99-104.
7. LenindgerA. Fundamentals of biochemistry. Moscow: Mir, 1985. Vol. 1. 365 p.
8. Avtsin A.P., Zhavoronkov A.A., Rish M.A., Strochko-va L.S. Human trace elements. Moscow: Medicine, 1991. 496 p.
Svetlana P. Zamana, doctor of biological sciences, professor, ORCID: http://orcid.org/0000-0001-7927-364X, svetlana. zamana@gmail.com Alexander V. Sokolov, doctor of agricultural sciences, professor, ORCID: http:// orcid.org/0000-0002-7923-8606, vasiliykvasnik@gmail.com Taras G. Fedorovsky, candidate of biological sciences, associate professor, ORCID: http://orcid.org/0000-0001-7439-3212, stardast@protonmail.com Sergey A. Sokolov, deputy director, ORCID: http://orcid.org/0000-0002-3950-2273, sergey.alex.sokolov@gmail.com
svetlana.zamana@gmail.com
- 37
МЕЖДУНАРОДНЫЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ № 1 (367) / 2019
