CC BY
96
УДК631.847.22: 633.491
ПРИМЕНЕНИЕ МИКРОБНЫХ ПРЕПАРАТОВ В ТЕХНОЛОГИЯХ ХРАНЕНИЯ КАРТОФЕЛЯ*
В.К. ЧЕБОТАРЬ1, кандидат биологических наук, зав. лабораторией
Е.И. КИПРУШКИНА2, кандидат технических наук, доцент
1ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии, шоссе Подбельского, 3, Пушкин, Санкт-Петербург, 196608, Россия
2Международный научный центр «Биотехнологии третьего тысячелетия», Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, ул. Ломоносова, 9, Санкт-Петербург, 191002, Россия
E-mail: [email protected]
Резюме. Потери картофеля при хранении составляют от 20 до 30%, а в отдельные годы достигают 50%, что делает актуальными вопросы увеличения сохранности его семенного и продовольственного фонда. Изучали промышленный штамм Bacillus subtilis Ч-13, который входит в состав микробных препаратов и удобрений и обладает высокой антифунгаль-ной активностью против широкого спектра фитопатогенных грибов и бактерий. В качестве растительного тест-объекта был выбран картофель широко распространенного сорта Невский, выращенный по общепринятой технологии на опытном поле Ленинградского научно-исследовательского института сельского хозяйства «Белогорка». Опытные партии картофеля в трёх повторностях обрабатывали путем ультрадисперсного опрыскивания клубней по всей поверхности бактериальной суспензией Bacillus subtilis Ч-13 (доза 100-120 мл/10 кг), контроль - без обработки. Опытные и контрольные партии клубней закладывали на хранение при двух температурах: 18±1°C - рекомендуемая для проведения лечебного периода и 3±1°C - температура хранения продовольственного картофеля. При 18±1°С продолжительность опыта составляла 14 сут., 3±1°С - 21 сут. Применение микробных препаратов для интенсификации адаптационных защитных реакций клубней картофеля при его хранении -эффективный прием, активизирующий ответные защитные реакции более чем в 2 раза. Использование микробного препарата на основе штамма B. subtilis Ч-13 увеличивало активность пероксидазы в клубнях картофеля, по сравнению с контролем, в 1,6-2,4 раза, образование фитоалексина - в 3,1 раза, содержание аскорбиновой кислоты - в 1,3 раза. Использование микробных препаратов в современных технологиях хранения картофеля - экономически привлекательно для сельхозтоваропроизводителей.
Ключевые слова: хранение картофеля, микробные препараты, экстрасол, повышение эффективности технологий хранения клубней.
Для цитирования: Чеботарь В.К., Кипрушкина Е.И. Применение микробных препаратов в технологияххранения картофеля// Достижения науки и техники АПК. 2015. Т.29. №1. С. 33-35.
Картофель — одна из важнейших полевых культур, обладающая высоким потенциалом урожайности, но крайне восприимчивая к возбудителям грибных, бактериальных и вирусных болезней, что связано с преимущественно вегетативным его размножением (клубнями). Потери картофеля при хранении составляют от 20 до 30%, а в отдельные годы достигают 50%, что делает актуальными вопросы увеличения сохранности его семенного и продовольственного фонда [1]. Основная причина порчи картофеля в период хранения - грибные и бактериальные заболевания, а также нематоды. Активатором патогенного инфицирования служат механические повреждения
клубней при уборке и закладке на хранение. В кар-тофелеводческих хозяйствах количество клубней с механическими повреждениями колеблется от 10 до 50% [1,2]. Для борьбы с потерями при хранении картофеля необходимо осуществлять комплекс защитных мероприятий, начиная с подготовки почвы и семенного материала к посадке и заканчивая послеуборочной доработкой клубней и непосредственно хранением [3]. Во ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии разработана технология производства и применения микробных препаратов на основе эндофитных и ризобактерий для повышения урожайности растений, защиты их от вредителей и болезней, восстановления плодородия почвы [4-6]. Создана и апробирована в производственных условиях серия эффективных микробных препаратов для подавления специфических инфекций, повышения и сохранения показателей качества и лежкоспособности картофеля. По сумме технологических свойств и эффективности к числу лучших микробных препаратов в РФ можно отнести экстрасол на основе бактерий Bacillus subtilis Ч-13 [2,4,7].
Целью работы было изучение влияния микробных препаратов на адаптационные защитные реакции клубней картофеля при его хранении и оценка экономической эффективности такой обработки.
Условия, материалы и методы. В работе изучали промышленный штамм Bacillus subtilis Ч-13, который входит в состав микробных препаратов и удобрений [5]. Он обладает высокой антифунгальной активностью, ингибирует прорастание спор и рост мицелия широкого спектра фитопатогенных грибов и бактерий.
В качестве растительного тест-объекта был выбран картофель широко распространенного сорта Невский, выращенный по общепринятой технологии на опытном поле Ленинградского НИИСХ «Белогорка». Объект микробиологических исследований - бактериальная суспензия Bacillus subtilis Ч-13 с титром 108-109 кл/мл.
Опытные партии картофеля в трёх повторностях обрабатывали путем ультрадисперсного опрыскивания клубней по всей поверхности бактериальной суспензией Bacillus subtilis Ч-13 (доза 100-120 мл/10 кг), контроль - без обработки.
Опытные и контрольные партии закладывали на хранение при двух температурах: 18±1°C - рекомендуемая для проведения лечебного периода и 3±1°C - температура хранения продовольственного картофеля. При 18±1°С продолжительность опыта составляла 14 сут., 3±1°С - 21 сут.
Елисеевой Л.Г. [8] из комплекса возможных критериев, характеризующих реакцию растительного организма на внешние воздействия и, в конечном счете, определяющих уровень лежкоспособности, были отобраны пять показателей: скорость образования и толщина раневой перидермы, скорость образования и толщина суберинового слоя, устойчивость к поражению фитопатогенами при искусственном инфицировании, активность пероксидазы и изменение содержания аскорбиновой кислоты.
*Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 14-16-00146). Достижения науки и техники АПК. 2015. Т 29. № 1 -
Для выявления влияния обработки картофеля биоконтрольным штаммом Bacillus subtilis Ч-13 на защитные реакции клубней в лечебный период и при длительном хранении определяли содержание суберина (фотоколориметрическим методом), количество слоев раневой перидермы (микроскопическим методом), содержание фенольных соединений (хро-матографическим методом), изменение активности фермента пероксидазы (микрометод Д.Михлина и З.Броновицкой), физиолого-биохимические изменения, протекающие в растительной ткани клубней, оценивали по изменению содержания витамина С (метод Тильманса) [9-11].
Исследования проводили на базе Международного научного центра «Биотехнологии третьего тысячелетия», Университет ИТМО.
Результаты и обсуждение. Раневая реакция клубней картофеля исследована достаточно хорошо. Сформированная раневая перидерма - надежный барьер против неблагоприятных внешних воздействий. Она состоит из нескольких рядов вытянутых клеток феллемы, практически лишенных межклетников и сцементированных полимером суберином. Активность синтеза этого соединения зависит от физиологического состояния растительных клеток и условий внешней среды. По общепринятой технологии хранения картофеля для образования раневой перидермы в механически поврежденных клубнях рекомендуется проводить лечебный период. Как показали результаты опыта, Bacillus subtilis Ч-13 выступает индуктором реакций раневого залечивания клубней, активизируя ответные защитные реакции в 2 раза и более, что снижает вероятность инфицирования фитопатогенными микроорганизмами через поврежденные покровные ткани растительного объекта (табл.1).
Таблица 1. Интенсификация адаптационных защитных реакций картофеля сорта Невский, обработанного бактериальным штаммом, в процессе раневой репарации
Изучаемый параметр
Контроль
(3 ±1)°С I (18±1)°С
Число слоев раневой перидермы 1,78±0,23 4,11±0,09 Содержание суберина в раневой перидерме, г/100 г 0,09±0,01 0,78±0,01 Содержание ришитина, мкг/г инфицированной ткани (определение на 3-и сут. проведения
эксперимента) 11,0±1,8 23,3±0,4
Активность пероксидазы,
мл 0,01 н раствора J2 12,1±0,7 68,0±1,2
Массовая доля витамина С,
мг/100 г_- 18,7±0,3
Пероксидаза при низких температурах стабильна, инактивации фермента не происходит. Оценка воздействия бактериального штамма В. виЫШв Ч-13 на пероксидазную активность растительных клеток в процессе раневой репарации показала, что активность фермента в опытных образцах в различных условиях проведения эксперимента превышает величину этого показателя в контроле в 1,6-2,4 раза (см. табл.1.). Увеличение температуры до 180С (лечебный период) существенно повышало активность пероксидазы, по сравнению с 30С, в 3,8-5,6 раза.
В ответ на искусственное инфицирование ряд патоген-(элиситор)-индуцируемых белков катализируют образование низкомолекулярных растительных антибиотиков эндогенного происхождения - фитоа-лексинов, синтез которых представляет собой один из мультикомпонентных защитных механизмов растений. Чем выше естественная устойчивость растения, тем активнее синтезируются фитоалексины, обладающие бактерицидным и фунгицидным действием. Кроме того, такие соединения образуются в растении в ответ на механические повреждения [16]. Результаты наших исследований показали, что инфицирование картофеля РЬу^рМога 1^вв1апв с последующей обработкой биоконтрольным штаммом в целом приводит к увеличению содержания фитоалексина - ришитина независимо от температурного режима проведения эксперимента (см. табл. 1). Концентрация фитоалексина в клубнях картофеля при температуре холодного хранения остается невысокой (11,0-14,7 мкг/г), что свойственно для В. виЫШв. Однако при 18±1°С индуцирование бациллами образования фитоалексина достигает максимума среди всех вариантов эксперимента - 73,1 мкг/г.
Аскорбиновая кислота - биомаркер физиологического состояния растений. Картофель, овощи и плоды основной ее источник для организма человека. Однако витамин С - очень лабильное вещество, легко и необратимо окисляющееся под влиянием активных абиотических воздействий, к числу которых относятся и стрессовые условия. В связи с этим, в изменяю-
Bacillus subtilis Ч-13
(3 ±1)°С I (18±1)°С
5,01±0,12 0,18±0,03
7,12±0,03 1,04±0,04
14,7±0,8 28,8±1,8
73,1±0,4 109,8±2,1
24,7±0,0,5
Оптимальные условия для образования раневой перидермы - температура воздуха около 18°С, относительная влажность воздуха близкая к 100%, свободный доступ кислорода к поврежденным клеткам (активное вентилирование). При более низкой температуре (например, при температуре хранения 3±1°С) процессы раневой репарации и синтез суберина существенно замедляются, что снижает защитные функции клубня [12,13].
В ответ на воздействие различных по природе стрессов индуцируется активация окислительных процессов фенольных соединений с участием пе-роксидазной защитной каталитической системы. Существует прямая корреляция между лежкостью плодоовощной продукции и активностью пероксидазы [14,15].
34 -
щихся условиях внешней среды, в состоянии пониженной функциональной активности растительного организма при низкой температуре хранения уровень аскорбиновой кислоты может характеризовать ответную реакцию растительных тканей на продукты метаболизма бактерий-антагонистов исследуемых штаммов. В нашем эксперименте содержание аскорбиновой кислоты в клубнях, обработанных бактериальной суспензией, превышало величину этого показателя в контроле более чем в 1,3 раза (см. табл. 1).
В производственных опытах по холодному хранению картофеля было подтверждено, что обработки клубней препаратами группы экстрасол (В. виЫШвЧ-13) особенно эффективны в лечебный период, что в дальнейшем снижает потери более чем на 30% [3, 7].
Использование микробных препаратов в современных технологиях хранения картофеля - привлекательный прием для сельхозтоваропроизводителей. Расчет экономической эффективности применения серии
_ Достижения науки и техники АПК. 2015 Т 29. № 1
Таблица 2. Расчет экономической эффективности от создания промышленных производств микробиологических препаратов для растениеводства
Препарат Потребность Затраты Экономический эффект
Экстрасол Мегастим Флюробак 1000 нат.ед. 6 млн руб. 200 нат.ед. 6 млн руб. 500 нат.ед. 6 млн руб. 15 млн руб. 3 млн руб. 4 млн руб.
микробных препаратов в агропромышленном комплексе Российской Федерации [17] (табл. 2) показал, что при удовлетворении полной потребности отрасли в объеме 21 млн натуральных единиц общий экономический эффект за счет прироста продуктивности растениеводческой продукции составит 294 млн руб. в год. Кроме того, организация отечественного производства
таких биологических средств позволит отказаться от ежегодного импорта на сумму 96 млн руб.
Выводы. Применение микробных препаратов для интенсификации адаптационных защитных реакций клубней картофеля при его холодном хранении -эффективный прием, активизирующий ответные защитные реакции клубней более чем в 2 раза. Использование микробного препарата на основе штамма В. виЫШв Ч-13 увеличивало активность пероксидазы в клубнях картофеля, по сравнению с контролем, в 1,6-2,4 раза, содержание аскорбиновой кислоты - в 1,3 раза, образование фитоалексина при температуре 18оС - в 3,1 раза. Использование микробных препаратов в современных технологиях хранения картофеля - экономически привлекательно для сельхозтоваропроизводителей.
Литература.
1. Пилипова Ю.В., Шалдяева Е.М. Болезни картофеля при хранении в Западной Сибири: монография. НОУ ВПО Центросоюза РФ «СибУПК». Новосибирск: Изд-во Агро Лит, 2012. - 136 с.
2. Чеботарь В.К., Завалин А.А., Кипрушкина Е.Н. Эффективность применения биопрепарата экстрасол. М.: Изд-во ВНИАА, 2007. 216 с.
3. Кипрушкина Е.И., Колодязная В.С., Чеботарь В.К.. Товарное качество и безопасность растительной продукции при применении биологических средств защиты //Доклады РАСХН. 2006. №2. С.8-10.
4. Биопрепараты в сельском хозяйстве (Методология и практика применения микроорганизмов в растениеводстве и кормопроизводстве) /отв. Редакторы И.А.Тихонович, Ю.В.Круглов. М.: Изд-во Россельхозакадемии, 2005. 154 с.
5. Биохимические критерии оценки агрономически значимых свойств бацилл, используемых при создании микробиологических препаратов / В.К. Чеботарь, В.Б. Петров, А.И. Шапошников, Л.В. Кравченко // Сельскохозяйственная биология. 2011. №3. С.119-122.
6. Cyclic lipopeptide profile of the plant-beneficial endophyticbacterium Bacillus subtilis HC8/N. Malfanova, L. Franzil, B. Lugtenberg, V. Chebotar, M. Ongena //Arch Microbiol. 2012. V.194. P. 893-899.
7. Кипрушкина Е.И., Петров В.Б., Чеботарь В.К. Защитно-стимулирующие свойства биопрепарата при вегетации и хранении картофеля//Доклады РАСХН. 2005. № 3. С. 21-24.
8. Елисеева Л.Г. Применение биологических препаратов и физических факторов в качестве корректоров физиологического статуса растительных объектов//Натуральные биокорректоры. М.:Пищепромиздат,2000. С. 110-112.
9. Самородова-Бианки Г.Б., Стрельцина С.А. Исследование биологически активных веществ плодовых культур. Л.: Изд-во ВИР, 1989. 82 с.
10. Методы биохимических исследований растений/Под. ред. Ермакова. Л.: Изд-во Колос, 1972. 371с.
11. Чупахина Г.Н. Количественное определение аскорбиновой, дегидроаскорбиновой и дикетогулоновой кислот в растительных тканях// Физиологические и биохимические методы анализа растений: практикум. Калининград, 2000. С. 4-7.
12. Дьяков Ю.Т, Озерецковская О.Л., Джавахия В.Г. Общая и молекулярная фитопатология. М.: Изд-во Общество фито-патологов, 2001. 302 с.
13. Метлицкий Л.В. Основы биохимии плодов и овощей. М: Изд-во Экономика, 1976. 349 с.
14. Яруллина Л.Г., Трошина Н.Б., Хайруллин Р.М., Максимов И.В. Влияние патогенов и фитогормонов на активность окисления фенольных соединений проростками пшеницы с участием оксалатоксидазы // Известия РАН. Сер.биол. 2005. Т.32. С.180-183.
15. Рогожин В.В. Пероксидаза как компонент антиоксидазной системы живых организмов. СПб.: Изд-во ГИОРД, 2004. 240 с.
16. Тютерев С.Л. Научные основы индуцированной болезнеустойчивости растений. СПб.: Изд-во ВИЗР. 2002. 328 с.
17. Беро И. Л. Инновационные биопроизводства для повышения эффективности агропромышленного комплекса России: автореферат диссертации на соискание ученой степенид.б.н. Щелково, 2013. 52 с.
APPLICATION OF MICROBIAL PREPARATIONS IN POTATO STORAGE TECHNOLOGIES
V.K. Chebotar1, E.I. Kiprushkina2
'All-Russia Research Institute for Agricultural Microbiology, Shosse Podbelskogo, 3, Pushkin, Saint-Petersburg, 196608, Russia 2International Research Centre «Biotechnologies of the Third Millennium», Saint Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics, Lomonosova str., 9, Saint-Petersburg, 191002, Russia
Summary. The losses of potato tubers during the storage are from 20 % to 30 %, and in some years they reach 50 %, which makes the safety of its seed and food funds the problem of current importance. The industrial strain of Bacillus subtilis Ch-13, which is used in the composition of microbial preparations and fertilizers and has high antifungal activity against a broad spectrum of phytopathogenic fungi and bacteria has been studied. The widespread potato variety Nevsky grown by the conventional technology at the experimental field of the Leningrad Scientific Research Institute of Agriculture «Belogorka» was used as a plant test object. Experimental batches of potato tubers were superdispersed sprayed over the surface by bacterial suspension of Bacillus subtilis Ch-13 (dose of 100... 120 ml/10 kg) in three replicates, the control was without the treatment. Experimental and control batches of potato were put up for storage at two temperatures: the temperature 18±1 deg was recommended for recovery treatment period and at the temperature 3±1 deg for storage of food potato. The productivity of the experiment was 14 days at 18±1 deg and 21 days at 3±1 deg. The use of microbial preparations for intensifying of the adaptive immune response of potato tubers during cold storage is an effective method, activating response protective reactions of tubers more than 2 times. The use of microbial preparation based on the strain B. subtilis Ch-13 increased the activity of peroxidase in potato tubers 1.6.2.4 times, the formation of phytoalexin 3.1 times, the content of ascorbic acid 1.3 times in comparison with the control. The use of microbial preparations in modern technologies of potato storage is economically attractive for farmers.
Keywords: storage of potato, microbial preparations, extrasol, improving the efficiency of tuber storage technologies.
Author Details: V.K. Chebotar, Cand. Sc. (Biol.), Head of Laboratory (e-mail: [email protected]); E.I. Kiprushkina, Cand. Sc.
(Techn.), Assoc. Prof.
For citation: Chebotar V.K., Kiprushkina E.I. Application of microbial preparations in potato storage technologies. Dostizheniya nauki i tekhnikiAPK. 2015. T.29. №1. pp. 33-35 (In Russ)
Достижения науки и техники АПК. 2015. Т 29. № 1
35
