Стимуляция роста сельскохозяйственных культур семейства пасленовых (на примере томата сорта «Новый принц») цианобактериями Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

УДК 579.64

Ст. науч. сотрудник Ю.В. Батаева, профессор М.А. Егоров, ст. науч. сотрудник Д.К. Магзанова, мл. науч. сотрудник О.В. Астафьева

(Астраханский гос. ун-т) кафедра биотехнологии и биоэкологии, тел. (8-512-49-41-56)

Стимуляция роста сельскохозяйственных культур семейства пасленовых (на примере томата сорта «Новый принд») цианобактериями

Рассмотрено влияние цианобактерий на рост томатов на ранних стадиях развития растений в лабораторном опыте. Цианобактерии влияют на плодородие почвы и активизируют процессы роста высших растений. Всхожесть при обработке цианобактериями превышала контроль на 27,5 %.

The article discusses the impact of cyanobacteria on the growth of tomatoes in the early stages of plant growth in a laboratory experiment. Cyanobacteria are known for their ability to make a substantial contribution to soil fertility and enhance the processes of growth of higher plants. Germination when processing control cyanobacteria exceeded by 27,5 %.

Ключевые слова: цианобактерии, цианобактериальные сообщества, почвенные водоросли, всхожесть, ростостимулирующая активность, Астраханская область.

В настоящее время в агропромышленном комплексе отдается предпочтение не химическим препаратам, влияющим отрицательно на плодородие почв, окружающую среду, качество продукции, а биологическим агентам, которые стимулируют рост растений, позволяют получить экологически чистую продукцию и вносят существенный вклад в плодородие почвы. Такими агентами являются почвенные, ри-зосферные, азотфиксирующие микроорганизмы, образующие многочисленные физиологически активные вещества, которые поступают в корни растений и интенсифицируют их рост. Они увеличивают урожайность сельхозкультур, сокращают сроки созревания, повышают питательную ценность, улучшают устойчивость к болезням, заморозкам, засухе и другим неблагоприятным факторам.

Особое место в почвенных ценозах занимают водоросли и цианобактерии. Цианобактерии в отличие от других почвенных водорослей фиксируют из атмосферы молекулярный азот, продуцируют биологически активные вещества и образуют первичную продукцию органического вещества [3,7].

В природных условиях цианобактерии всегда развиваются в ассоциациях с множеством других организмов благодаря слизистым чехлам и вследствие этого обладают прекрасными адаптационными возможностями и устойчивостью к резко изменяющимся физико-химическим условиям среды. Это создает предпосылки для более эффективного приспособления цианобактериальных сообществ при их ин-тродуцировании в почву.

В агробиотехнологии цианобактерии мало изучены, не считая рисовых полей [3,4,6,7]. Возможность использования цианобактерий в качестве удобрений активно изучается в азиатских странах, преимущественно на рисовых полях.

© Батаева Ю.В., Егоров М.А., Магзанова Д.К., Астафьева О.В., 2014

В задачу работы входило изучение влияния цианобактериальных сообществ на рост томатов в ранней фазе развития растений.

Для исследования использовали лабораторные цианобактериальные сообщества, выделенные из различных почвенных экосистем Астраханской области [1]. Предварительно проводили скрининг сообществ с активными фитостимулирующими свойствами с помощью теста на семенах кресс-салата. Циано-бактериальные сообщества поддерживали путем пересева через 1-2 мес. на жидкую среду BG-11 в колбах Эрленмейера объемом 100-250 мл при естественном освещении и температуре 22-25 °С [5]. Идентифицировали цианобактерии и водоросли по морфологическим признакам, используя определитель Голлербаха и др. [2].

Для изучения способности циано-бактериальных сообществ стимулировать всхожесть растений томатов сорта «Новый принц» был поставлен лабораторный опыт. Для опыта использовали пластиковые кассеты с ячейками с отверстиями в нижней части объемом 50 мл, заполненные аллювиально-луговой почвой. Высаживали по одному семени в ячейку, глубина заделки - 1,0-1,5 см. Влажность почвы на протяжении опыта поддерживали на уровне оптимальной, соответствующей 60 % от полной влагоемкости. Опыт проводили при комнатной температуре и естественном освещении в трех повторностях.

Бактеризацию семян томатов осуществляли в течение 1 ч суспензией, которую готовили путем добавления в дистиллированную воду 0,4 г измельченных на мелкие фрагменты тяжей цианобактериальных сообществ (для уменьшения градиента концентрации суспензии), затем взбалтывали в течение 3 мин. Контрольные семена замачивались на 1 ч в стерильной дистиллированной воде. Исследовали проросшие семена на 6-й, 10-й и 17-й день культивирования.

При обработке результатов учитывали всхожесть семян, длину побегов и количество листьев растений в контрольном и опытных вариантах.

Изучая структуру и состав исследуемых цианобактериальных сообществ, обнаружили большое разнообразие представителей цианобактерий, встречаются зеленые и диатомовые водоросли. Основную долю представителей цианобактерий составляют виды родов: Phormidium, Oscillatoria, Anabaena, Nostoc, Microcystis,

Gloeocapsa.

Появление первых проростков томатов наблюдалось у экспериментальных растений на 4 сут вегетации, проростки контрольных растений появились на 6 сут (рисунок). Всхожесть при обработке семян цианобактериями превышала контроль в 1,3-7,5 раз (табл. 1). Бактеризация цианобактериальными сообществами показала стимулирование всхожести во всех вариантах опыта, кроме обработки сообществами № 6 и 11 на 10-й и 17-й день культивирования по сравнению с контролем.

Рисунок. Влияние цианобактерий на рост тожатов

Таблица 1

Влияние бактеризации цианобактериальными сообществами на всхожесть семян томатов

Вариант Всхожесть семян, %

6-й день 10-й день 17-й день

Контроль 2,0±1,0 30,0±2,0 40,0±2,5

№ 2 12,5±4,8 62,5±2,5 67,5±4,8

№ 5 12,5±4,8 30,0±7,1 47,5±4,8

№ 6 2,5±2,5 25,0±6,5 40,0±10,8

№ 11 12,5±4,8 27,5±4,8 37,5±4,8

№ 12 7,5±4,8 32,5±6,3 47,5±7,5

№ 14 10,0±1,5 30,0±7,1 42,5±6,3

№ 15 15,0±6,5 35,0±2,9 47,5±4,8

№ 21 7,5±4,8 40,0±8,2 52,5±4,8

Таблица 2

Влияние обработки цианобактериями на длину побега и количество листьев на 17-е сут культивирования

Вариант Средняя длина побега, мм Среднее количество листьев на одно растение, шт.

Контроль 43,б±б,4 1,1±0,2

№ 2 71,3±5,5 1,5±0,1

№ 5 43,6±6,3 1,3±0,3

№ 6 40,4±6,2 2,4±1,3

№ 11 54,3±13,7 1,7±0,6

№ 12 57,5±7,4 1,4±0,2

№ 14 56,4±4,9 1,2±0,2

№ 15 54,9±5,8 1,7±0,1

№ 21 49,3±3,4 1,1±0,4

Наибольшая всхожесть обнаружена при обработке сообществом № 2, в 1,7 раз превышающей контроль на 17-й день инкубации, что, возможно, связано с доминирующими в сообществе азотфиксирующими родами, а также выделением биологически активных веществ, которые оказывают стимулирующий эффект на всхожесть семян.

На 17-е сут инкубирования отмечали длину побега и количество листьев (табл.2). Наибольшая длина побега обнаружена в вариантах: № 2, 11, 12, 14, 15, 21 и составляет диапазон от (43,6±6,3) до (71,3±5,5) мм, при том что в контроле этот показатель равен (43,6±6,4) мм. Среднее количество листовых пластин у экспериментальных растений составляло 1, 1±0,4 - 2,4±1,3, а у контрольных по 1,1±0,2. Также отмечено, что среди контрольных растений 2 проростка погибло, среди экспериментальных растений увядания не наблюдалось.

Эксперимент показал, что цианобактерии оказывают значительное влияние на исследуемые показатели развития растений. В результате проведенного эксперимента отобраны цианобактериальные сообщества № 2, 11, 15, 21 с наиболее активными фитостимулирующими свойствами с целью проведения запланированных опытов по выявлению оптимальной концентрации суспензии цианобактерий для обработки растений. Сообщества с такими полезными свойствами можно использовать для дальнейших разработок в агробиотехнологиях, в том числе и полевых опытах с растениями, произрастающими в Астраханской области.

ЛИТЕРАТУРА

1. Батаева, Ю.В. Биоразнообразие цианобактерий в почвах Астраханской области [Текст] / Ю.В. Батаева, И.С Дзержинская, Мвале Камуквамба // Юг России: экология, развитие. 2010. - № 4. - С. 76-78.

2. Голлербах, М.М. Синезелёные водоросли. Определитель пресноводных водорослей СССР [Текст] / М.М. Голлербах, Е.К. Косинская, В.И. Полянский. - М. : «Сов. Наука», 1953.

3. Горюнова, С.В. Сине-зелёные водоросли (Биохимия, физиология, роль в практике) / С.В. Горюнова, Г.Н. Ржанова, В.К. Орлеанский - М. : « Наука », 1969.

- С. 230

4. Цианобактерия Nostoc paludosum Kutz как основа для создания агрономически полезных микробных ассоциаций на примере бактерий рода Rhizobium [Текст] / Е.М. Панкратова, Л.В. Трефилова, Р.Ю. Зяблых, И.А. Устюжанин // Микробиология. - 2008. - Том 77, № 2. - С. 266-272.

5. Практикум по микробиологии [Текст] : учеб. пособие / А.И. Нетрусов, М.А. Егорова, Л.М. Захарчук [и др.] ; под ред. А.И. Нетрусова. - М. : Академия, 2005.

- 352 с.

6. Трефилова, Л.В. Использование цианобактерий в агробиотехнологии : дис. канд. биол. наук : 03.00.23 : защищена 24.12.08 : утв. 20.11.08 / Трефилова Людмила Васильевна. - Саратов ; 2008. - 162 с. : С. 143 - 159.

7. Штина, Э. А. Альгологический мониторинг почв [Текст] / Э. А. Штина, Г. М. Зенова, Н. А. Манучарова // Почвоведение. - 1998. - № 12. - С. 1449 - 1461.

REFERENCE

1. Bataeva, Y. Biodiversity of cyanobacteria in soils Astrakhan Region [Text] / Y. Bataeva, IS Dzerzhinsk, Mwali Kamukvamba / / South Russia: ecology, evolution. 2010. - № 4. - P. 76-78.

2. Hollerbach, M.M. Blue-green algae. Determinant of freshwater algae of the USSR [Text] // M.M. Hollerbach, E.K. Kosinskaya, V.I. Polyansky. - Moscow. Sov. Science, 1953. - P. 200.

3. Goryunova, S.V. Blue-green algae (Biochemistry, Physiology, role in the practice) [Text] / S.V. Goryunova, G.N. Rzhanova V.K., Orleanskyi - М.: "Science", 1969. - P. 230.

4. Netrusov, A.I. Workshop on Microbiology [Text] / Microbiology Workshop Handbook allowance for higher studies, institutions / A.I. Netrusov, M.A. Egorova, L.M. Zakharchuk [etc.], ed. A.I. Netrusov. - Moscow: Academy 2005. - P. 608

5. Pankratova, E.M. Cyanobacterium Nostoc paludosum Kutz as the basis for agriculturally useful microbial associations on the example of bacteria of the genus Rhizobium [Text] / E.M. Pankratova, Trefilova L.V., Zyablov R.Y., Ustyuzhanin I.A. // Microbiology. - 2008. - Volume 77. - № 2. - P. 266-272.

6. Trefilova, L.V. The use of cyanobacteria in agricultural biotechnology [Text]: Abstract of a thesis for competiton of a degree level of a Cand. Sc. of Academy of Sciences, Saratov. - 2008. P. 24.

7. Shtina, E.A. Algological soil monitoring [Text] / E.A. Shtina, G.M. Zenova, N.A. Manucharova // Soil Science. - 1998. - № 12. - P. 1460 - 1461.