CC BY
40^зшш
УДК 633.6:631.46:663.18. WW.nt-рГОт.Ги
Ростстимулирующая активность штаммов рода Pseudomonas, выделенных из ризопланы и ризосферы сахарной свёклы
М.Ю. ПЕТЮРЕНКО, младш. научн. сотр., канд. с/х. наук (e-mail: [email protected]) Н.В. БЕЗЛЕР, ведущ. научн. сотр., д-р с/х. наук (e-mail: [email protected])
ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт сахарной свёклы и сахара имени А.Л. Мазлумова»
Введение
Одним из актуальных направлений развития экологического земледелия является использование в сельском хозяйстве эффективных микроорганизмов, оказывающих положительное воздействие на повышение урожайности культур. Они получили название Plant Growth-Promoting Rhizobacteria — ризо-бактерии, способствующие росту растений. Многие представители этой группы обладают высокой антагонистической активностью, способностью к фиксации атмосферного азота и синтезу веществ, стимулирующих рост, т. е. комплексным воздействием на растения и фитопатогеные микроорганизмы [4]. Известно, что бактерии рода Pseudomonas способны синтезировать различные физиологически активные вещества, в том числе витамины, аминокислоты и гормоны роста, ускоряющие развитие проростков, что делает их использование актуальным. Некоторые штаммы видов P. putida, P. fluorescens, P. aureofaciens, P. chlororaphis и других способствуют значительному улучшению роста и развития растений, в том числе сахарной свёклы [8, 5].
Ранее было показано, что микроорганизмы синтезируют ряд веществ, являющихся регуляторами роста растений. У ризосферных псевдомонад наиболее хорошо изучена способность к синтезу индолил-3-уксусной кислоты, которая, как известно, стимулирует рост корневой системы [6, 9, 10]. Кроме того, они обладают рядом свойств, позволяющих осваивать разнообразные среды обитания — почву, ризосферу и ризоплану, поглощать органические субстраты различной химической природы. Эти свойства обусловливают перспективность их использования в производстве сахарной свёклы.
Цель исследования — изучить ростстимулиру-ющую активность штаммов Pseudomonas sp. 110 и P. fluorescens 116, выделенных из ризосферы и ризо-планы сахарной свёклы.
Методика и условия исследований
В лаборатории эколого-микробиологических исследований почв ВНИИСС им. А.Л. Мазлумова авторами были выделены перспективные штаммы бактерий рода Pseudomonas: Pseudomonas sp. 110 — из ризосферы и P. fluorescens 116 с поверхности корней (ризопланы) сахарной свёклы, представляющие большой практический интерес благодаря способности фиксировать азот атмосферы, продуцировать индолил-3-уксусную кислоту, выделять в окружающую среду свободные аминокислоты, растворять трифосфат кальция [2].
В 2014-2016 гг. на базе ВНИИСС им. А.Л. Мазлу-мова на новом поле был заложен опыт в соответствии с методикой Доспехова (1985). Штаммы бактерий P. fluorescens 116 и Pseudomonas sp. 110 вносили под предпосевную культивацию в виде водной суспензии с титром жизнеспособных бактериальных клеток 108 и 1010 КОЕ/мл. Использовали помповый опрыскиватель ЖУК-10. Расход рабочей жидкости составил 200 л/га [3].
Почва опытного участка — чернозём выщелоченный среднегумусный тяжелосуглинистый на карбонатных лёссовидных суглинках. Повторность опыта четырёхкратная, размещение делянок систематическое. Выращивали гибрид сахарной свёклы РМС 120 в севообороте со следующим чередованием культур: пар — озимая пшеница — сахарная свёкла — ячмень. Удобрения под сахарную свёклу вносили осенью под основную обработку почвы в дозе N100P100K100. Технология возделывания культуры — общепринятая для ЦЧР.
Результаты и их обсуждение
Продуцирование ауксина — индолил-3-уксусной кислоты бактериями рода Pseudomonas определяли, выращивая штаммы P. fluorescens 116 и Pseudomonas sp. 110 в периодическом режиме на
За то, что наша жизнь не баёкаа,
мы говорим: спасибо, свёкла!
28 САХАР № 11 • 2019
m
FLORIMOND
DESPREZ
121248, Москва, Кутузовский проспект, дом 7/4, корпус 1, офис 171 +7 (495) 974-62-51 infoa)flonmond-desprez,ru www.flonmond-desprez.corn
СОВРЕМЕННЫЙ ИНЖИНИРИНГ _
В ПРОИЗВОДСТВЕ САХАРА
www.nt-prom.ru
жидкой питательной среде Кинг Б с добавлением 0,04 % аминокислоты триптофана. Наибольший максимум роста, чётко выраженный для бактерий, приходился на экспоненциальную фазу, а именно через 10—12 ч с момента посева бактериальных клеток в жидкую питательную среду; другой отмечали, когда культура переходила в стационарную фазу. Динамика ИУК была выявлена колориметрическим методом Гордона-Вебера с реактивом Сальковского (см. рис.). Согласно литературным источникам этот метод может давать несколько завышенные результаты, что отражает неспецифичность реакции Гордона-Вебе-ра, связанную, по-видимому, с разнообразием состава индольных соединений, секретируемых каждой из исследованных бактериальных культур на различных стадиях роста [7].
Таким образом, проведённый тест показал, что изученные штаммы продуцируют гетероауксин, могут способствовать более активному росту сахарной свёклы в первый период вегетации и их можно рассматривать как перспективные штаммы для использования в практике сельского хозяйства.
Большинство штаммов псевдомонад продуцируют индолил-3-уксусную кислоту в небольших количествах — 3—5 мкг/л. Однако найдены штаммы, которые вырабатывают этот гормон до 20 мкг/л, что может угнетать рост растений. В связи с этим нами было изучено влияние инокуляции семян гибрида сахарной свёклы РМС 120 штаммами Pseudomonas sp. 110 и P. fluorescens 116 в трёх титрах: 104, 106, 108 КОЕ/мл на проростки. Расход жидкости — 30 л/т семян.
В исследовании ростстимулирующей активности псевдомонад наибольший положительный эффект был получен в случае обработки семян свёклы суспензией штамма P. fluorescens 116 при титре рабочего раствора 104 КОЕ/мл. Длина корешка увеличилась на 2,63 (в контроле — 7,47) см, проростка — на 0,32 (в контроле — 8,34) см. Общая масса проростков выросла на 0,23 (в контроле — 1,17) г. Всхожесть семян увеличилась на 15,7 %. При инокуляционной нагрузке 106 КОЕ/мл штамм P. fluorescens 116 способствовал
Контроль Pseudomonas sp 110 Р. fluorescenc 116
L| т-ш
|я 1
Продуцирование индолил-3-уксусной кислоты штаммами Pseudomonas sp. 110 и P. fluorescens 116 в лабораторном опыте
увеличению длины корешка ростка на 0,99 см, в то время как длина проростка была на уровне контроля (табл. 1).
При увеличении титра бактериальной суспензии до 108 КОЕ/мл ростстимулирующую активность не наблюдали. Всхожесть семян оставалась на уровне контроля и составила 77 (в контроле — 76) %.
Результаты инокуляции семян сахарной свёклы штаммом Pseudomonas sp. 110 показали, что максимальный ростстимулирующий эффект был получен также при обработке семян суспензией с титром 104 КОЕ/мл: длина корешка увеличилась на 0,90 (в контроле — 7,10) см, длина проростка — на 1,19 (в контроле — 8,20) см, общая масса проростков — на 0,21 (в контроле — 1,17) г (табл. 2).
Обработка семян бактериальной суспензией псевдомонад с титром 106 КОЕ/мл способствовала увеличению длины корешка на 0,82 см, длины проростка — на 0,14 см. Общая масса проростка повысилась на 0,47 г. При увеличении титра бактерий в суспензии до 108 КОЕ/мл длина корешка практически не изменилась, а вот длина проростка выросла на 0,21 см. Таким образом, ингибирующее воздействие штамма на всхожесть и общую массу проростка при такой ино-куляционной нагрузке не отмечалось.
По результатам опыта установлено, что штаммы псевдомонад, проявившие способность к продуцированию фитогормона — индолил-3-уксусной кислоты
Таблица 1. Влияние инокуляции семян сахарной свёклы штаммом Р. Аыоесет 116 на всхожесть, длину и массу проростка
Вариант Всхожесть семян, % Длина проростка, см Длина корешка, см Масса проростка, г
Контроль 76 8,34 7,47 1,17
Титр 104 КОЕ/мл 88 8,66 10,10 1,40
Титр 106 КОЕ/мл 85 8,27 8,46 1,36
Титр 108 КОЕ/мл 77 7,91 7,40 1,18
НСР05 - 0,29 0,46 0,18
Таблица 2. Влияние инокуляции семян сахарной свёклы штаммом Pseudomonas sp. 110 на всхожесть, длину и массу проростка
Вариант Всхожесть семян, % Длина проростка, см Длина корешка, см Масса проростка, г
Контроль 80 8,20 7,10 1,17
Титр 104 КОЕ/мл 79 9,39 8,00 1,38
Титр 106 КОЕ/мл 80 8,34 7,92 1,64
Титр 108 КОЕ/мл 79 8,41 6,90 1,45
НСР05 - 0,46 0,31 0,16
№ 11 • 2019 САХАР
29
#
FLOR1MON D
DESPREZ
За то, что наша жизнь не блёкла,
мы говорим: спасибо, свёкла!
121248, Москва^ Кутузовский проспект, дои 7/4, корпус 1, офис 171 +7(495)974-62-51 infoa)florimond-desprez,ri» www.florimond-desprez.com
в лабораторном опыте, оказывают ростстимулирую-щий эффект на проростки сахарной свёклы.
Урожайность сахарной свёклы в значительной мере зависит от густоты стояния растений, которая определяется полевой всхожестью семян. Отклонения от оптимальных параметров в сторону уменьшения густоты насаждения сопровождается недобором урожая и значительным снижением сахаристости корнеплодов [1].
Наблюдения за динамикой появления всходов показали, что в контроле их густота составила в первый день наблюдений 5,7 шт. на 1 пог. м (при норме высева семян 8 шт. на 1 пог. м.), а в последний день наблюдений — 6,2 шт. на 1 пог. м.
Внесение в почву штамма P. fluorescens 116 (титр 1010 КОЕ/мл) ускорило прорастание семян, количество проростков на 1 пог. м в последний день наблюдений составило 6,7 шт., увеличив густоту всходов на 8,1 %.
Снижение титра, наоборот, сокращало число всходов сахарной свёклы на 1 пог. м как по сравнению с контролем, так и с использованием других титров бактериальной суспензии. Число проростков в первый день наблюдений было ниже на 10,5 %, а в последний день учёта — на 11,3 % относительно контроля (табл. 3).
Внесение штамма Pseudomonas sp. 110 (титр 108 КОЕ/мл) под предпосевную культивацию в почву способствовало в первый день наблюдений достоверному повышению числа всходов на 10,5 %. К концу учёта этот показатель снижался в результате естественного убывания проростков. Повышение титра бактериальной суспензии до 1010 КОЕ/мл не повлияло на полевую всхожесть семян сахарной свёклы, и к последнему дню учёта густота всходов составила 6,3 шт. на 1 пог. м, что было близко к контрольным растениям.
Таким образом, исследования показали, что интродукция в агроценоз сахарной свёклы бактерий рода Pseudomonas под предпосевную культивацию
Таблица 3. Динамика появления всходов сахарной свёклы
(2014-2016 гг.)
Вариант Количество растений на 1 пог. м, шт.
11-й день 12-й день 13-й день 14-й день 15-й день
Контроль 5,7 6,3 6,5 6,4 6,2
P. fluorescens 116 (титр 1010 КОЕ/мл) 5,8 6,4 6,9 6,8 6,7
P. fluorescens 116 (титр 108 КОЕ/мл) 5,1 5,9 5,9 6,3 5,5
Pseudomonas sp. 110 (титр 1010 КОЕ/мл) 6,1 6,5 6,6 6,6 6,3
Pseudomonas sp. 110 (титр 108 КОЕ/мл) 6,3 6,8 6,8 6,8 6,5
НСР05 0,5
способствует появлению тенденции увеличения полевой всхожести семян.
С конечной продуктивностью культуры связано накопление массы сахарной свёклы в начальный период роста [1]. Ранее нами было показано, что интро-дуцированные в агроценоз сахарной свёклы штаммы Pseudomonas sp. 110 и P. fluorescens 116 благодаря способности фиксировать азот и продуцировать в окружающую среду гетероауксин способствовали более активному росту сахарной свёклы в начальный период. Масса 100 растений увеличивалась: при внесении штамма P. fluorescens 116 — от 22,0 до 24,7 %, а штамма Pseudomonas sp. 110 — от 20,2 до 36,6 %, при этом выросло содержание сухого вещества в ювенильных растениях (для штамма P. fluorescens 116 при титре 1010 КОЕ/мл этот показатель возрос на 23,5 %) [3].
Несмотря на то, что внесение изучаемых штаммов в обеих концентрациях не оказало существенного влияния на сахаристость корнеплодов, внесение в почву под предпосевную культивацию псевдомонад способствовало повышению урожайности сахарной свёклы: при интродукции штамма P. fluorescens 116 (титр 1010 КОЕ/мл) — на 16,5 %; при интродукции штамма Pseudomonas sp. 110 (титр 108КОЕ/мл) — на 7,0 % [3].
Заключение
Таким образом, внесение под предпосевную культивацию наиболее эффективных штаммов ризос-ферных бактерий рода Pseudomonas, обладающих ростстимулирующим эффектом, способствует увеличению урожайности корнеплодов сахарной свёклы на чернозёме выщелоченном в условиях ЦЧР. Установленное повышение урожайности сахарной свёклы объясняется положительным влиянием бактерий на рост растений в начале вегетации: увеличились масса 100 растений и содержание в них сухого вещества. Отмечена и положительная тенденция повышения числа всходов.
Выявленная в лабораторном и полевом опытах ростстимулирующая активность штаммов рода P. fluorescens 116 и Pseudomonas sp. 110, выделенных из ризопланы и ризосферы сахарной свёклы, представляет практический интерес для использования их в агроценозах с целью повышения продуктивности культур.
Список литературы
1. Апасов, И.В. Перспективная ресурсосберегающая технология производства сахарной свёклы: метод. реком. — М. : ФГНУ «Росинформагротех», 2008. - С. 54.
2. Безлер, Н.В. ПЦР-идентификация и генетическое разнообразие Pseudomonas fluorescens, выделенных из агро-ценоза сахарной свёклы (Beta vulgaris L.) / Н.В. Безлер, А.С. Хуссейн, М.Ю. Петюренко // Вестник ВГУ. — Сер.: Химия. Биология. Фармация. — 2016. — № 1. — С. 43—49.
за то, что наша жизнь не баёкаа,
мы говорим: спасибо, свёкла!
30 САХАР № 11 • 2019
Ф
FLORIMOND
DESPREZ
121248, Москва, Кутузовский проспект, дои 7/4. корпус 1, офис 171 +7 (495) 974-62-51 ¡nfoSflorimonrt-desprei.ru www.florimond-desprei.com
Где маржа
11-я международная КОНФЕРЕНЦИЯ
сельскохозяйственных производителей и поставщиков средств производства
и услуг для аграрного сектора
6-7 февраля
2020 года
Москва
Редиссон
Славянская
3. Петюренко, М.Ю. Влияние внесения бактерий рода Pseudomonas в агроценоз сахарной свёклы на фотосинтетическую активность и продуктивность культуры / М.Ю. Петюренко, Н.В. Безлер // Сахар . - 2017. - № 5. - С. 20-23.
4. Логинов, О.Н. Бактерии Pseudomonas и Azotobacter как объекты сельскохозяйственной биотехнологии / О.Н. Логинов. - М. : Наука, 2006. - 166 с.
5. Шабаев, В.П. Отзывчивость растений сахарной свёклы на инокуляцию нефиксирующими азот и азотфиксирую-щими бактериями рода Pseudomonas на чернозёме выщелоченном / В.П. Шабаев // Сельскохозяйсивенная биология. - 2005. - № 3. - С. 55-59.
6. Шабаев, В.П. Оптимизация минерального питания корнеплодных культур и сахарной свёклы инокуляцией стимулирующими рост растений ризосферными бактериями / В.П. Шабаев // Агрохимия. - 2012. - № 2. - С. 12-24.
7. Kamble, K.D. Indole acetic acid production from Pseudomonas species isolated from rhizosphere of garden plants in Amravati / K.D. Kamble, D.K. Galerao // International journal of advances in pharmacy, biology and chemistry. -2015. - Vol. 4. - Issue 1. - P. 23-30.
8. Lugtenberg, B.J.J. Life in the rhizosphere. In: Pseudomonas. Vol. 1 / B. J.J. Lugtenberg, G.V. Bloemberg // Kluwer Academic Plenum Publishers. - New York, 2004. - Р. 403-430.
9. Pedraza, R. Aromatic amino acid aminotransferase activity and indole-3-acetic acid production by associative nitrogen-fixing bacteria / R. Pedraza [et al.] // FEMS Microbiol. Let. -2004. - V. 233. - P. 15-21.
10. Suzukil, S. Indole-3-acetic acid production in Pseudomonas fluorescens HP72 and its association with suppression of creeping bentgrass brown patch / S. Suzukil, Y. Hel, H Oyaizul // Current Microbiol. - 2003. - Vol. 47. - No. 2. - P. 138-143.
Аннотация. Микроорганизмы, способствующие повышению урожайности культур, получили название Plant Growth-Promoting Rhizobacteria. Использование их в сельском хозяйстве - одно из актуальных направлений развития экологического земледелия. Бактерии рода Pseudomonas способствуют значительному улучшению роста и развития растений за счёт фиксации азота атмосферы и продуцирования физиологически активных веществ. Выделенные из агроценоза сахарной свёклы Pseudomonas sp. 110 и P. fluorescens 116, обладающие способностью фиксировать азот и продуцировать гетероауксин, усиливали рост корешков сахарной свёклы и увеличивали массу проростков. В полевых опытах после внесения псевдомонад в почву ускорилось появление всходов, увеличилась масса 100 растений, повысилась продуктивность сахарной свёклы.
Ключевые слова: бактерии рода Pseudomonas, сахарная свёкла, ростстимулирующая активность, гетероауксин, продуктивность.
Summary. Microorganisms that increase crop yields are called Plant Growth-Promoting Rhizobacteria. Their use in agriculture is one of the current trends in the development of ecological farming. Bacteria of the genus Pseudomonas contribute to a significant improvement in the growth and development of plants due to the fixation of atmospheric nitrogen and the production of physiologically active substances. Isolated from the agrocenosis of sugar beets Pseudomonas sp. 110 and P. fluorescens 116, which have the ability to fix nitrogen and produce heteroauxin, enhanced the growth of sugar beet roots and increased the mass of seedlings. In field experiments, after the introduction of pseudomonas into the soil, the emergence of seedlings accelerated, the mass of 100 plants increased, and the productivity of sugar beets increased. Keywords: bacteria of the genus Pseudomonas, sugar beet, growth-stimulating activity, heteroauxin, productivity.
№ 11 • 2019 САХАР 31
m
FLORIMOND за то, что наша жизнь не блёкла,
DESPREZ мы говорим: спасибо, свёкла!
121248. Москва, Кутузовский проспект, дои 7/4, корпус 1, офис 171 +7 (495) 974-62-51 ¡nfoSflorimond-cleEprsz.ru wwui.flonmond-clesprei.coiTi
