CC BY
0
Научная статья/ Original article
УДК 631.8: 632.4 Код ВАК: 4.1.1
DOI: 10.24411/2078-1318-2024-3-45-59
ВЛИЯНИЕ АССОЦИАТИВНЫХ РИЗОБАКТЕРИЙ НА ФОРМИРОВАНИЕ ПРОДУКТИВНОСТИ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ В УСЛОВИЯХ ЛЕНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ
Л.Е. Колесников1 . Б.А.Х. Хассан2^ , А.А. Белимов3
1 Санкт-Петербургский государственный аграрный университет г. Пушкин, г. Санкт-Петербург, Россия GD [email protected] 2Ministry of Agriculture, Agricultural Research Office, г. Багдад, Ирак всероссийский Научно-исследовательский Институт сельскохозяйственной микробиологии г. Пушкин, г. Санкт-Петербург, Россия
Реферат. В последнее время значительное внимание уделяется повышению продуктивности зерновых культур с использованием экологически чистых технологий их возделывания. При этом в качестве альтернативы минеральным удобрениям, химическим средствам защиты и регуляции роста растений перспективно применение полифункциональных биопрепаратов на основе микроорганизмов из группы PGPR (ризобактерий). Такой подход особенно важен на фоне увеличивающегося загрязнения экосистем занесенными извне чужеродными химическими веществами (ксенобиотиками), которые негативно влияют на окружающую среду. Использование ризобактерий в технологиях возделывания пшеницы позволит повысить конкурентоспособность получаемого зерна, уровень его токсикологической безопасности и привлекательности для потребителя. Цель наших исследований заключается в биологическом обосновании использования 3 штаммов ассоциативных ризобактерий: Bacillus subtilis 124-11; Sphingomonas sp. К IB; Pseudomonas fluorescens SPB2137 при возделывании мягкой пшеницы. Схема полевого опыта включала инокуляцию бактериальными штаммами семян перед посевом и двукратное внекорневое опрыскивание ими растений в период вегетации. Было установлено, что за период 2019, 2021, 2022 гг. выраженным ростостимулирующим и защитным действием отличался штамм Bacillus subtilis 124-11. Преобладание защитных свойств в отношении комплекса особо опасных болезней пшеницы отмечено у штамма Sphingomonas sp. К1В. При применении штамма Pseudomonas fluorescens SPB2137 зарегистрированы максимальные значения роста важнейших показателей, характеризующих структуру колоса пшеницы - числа и массы зерен в колоске колоса. Таким образом, применение указанных бактериальных штаммов не только приводило к существенному повышению продуктивности сортов мягкой пшеницы Сударыня, к-66407 и Trizo, к-64981, но и оптимизировало фитосанитарное состояние ее посевов.
Ключевые слова: мягкая пшеница, ассоциативные ризобактерии, фотометрические показатели, продуктивность пшеницы, корневая гниль, болезни пшеницы
Для цитирования: Колесников JI.E., Хассан Б.А.Х., Белимов А.А. Влияние ассоциативных ризобактерий на формирование продуктивности мягкой пшеницы в условиях Ленинградской области // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2024. - № 3 (77).-С. 45-59.-DOI: 10.24411/2078-1318-2024-3-45-59.
Благодарности. Подготовка рукописи статьи выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект № 24-16-00166).
© Колесников JI.E., Хассан Б.А.Х., Белимов А. А., 2024
INFLUENCE OF ASSOCIATIVE RHIZOBACTERIA ON FORMING OF SOFT WHEAT PRODUCTIVITY UNDER CONDITIONS
OF LENINGRAD REGION
L.E. Kolesnikov1 ЕЯ, B.A.H. Hassan2 , A.A. Belimov3
1 Saint-Petersburg State Agrarian University, Pushkin, St. Petersburg, Russia [email protected] 2 Ministry of Agriculture, Agricultural Research Office, Abo-Ghraib, Baghdad, Iraq 3A11-Russia Research Institute for Agricultural Microbiology Pushkin, St. Petersburg, Russia
Abstract. Recently, considerable attention has been paid for increasing the productivity of grain crops using environmentally friendly technologies for their cultivation. The use of polyfunctional biopreparations based on microorganisms from the PGPR (rhizobacteria) group is promising as an alternative to mineral fertilisers, chemical means of plant protection and growth regulation. This approach is especially important against the background of increasing pollution of ecosystems by toxic chemicals (xenobiotics) negatively affecting the environment. Application of rhizobacteria in wheat cultivation technologies will help to increase the competitiveness of the resulting grain, increase the level of its toxicological safety and attractiveness for consumers. The purpose of our research is to apply three strains of associative plant growth-promoting rhizobacteria: Bacillus subtilis 124-11; Sphingomonas sp. К IB; Pseudomonas fluorescens SPB2137 in soft wheat cultivars Sudarynya (k-66407) and Trizo (k-64981) cultivation. The scheme of field experiment included inoculation with bacterial strains of seeds before sowing, and double foliar spraying of plants during the growing season. It was found that Bacillus subtilis strain 124-11 had a pronounced growth-stimulating and protective effect in 2019, 2021-2022.The predominance of protective properties against a complex of particularly dangerous wheat diseases was noted for Sphingomonas sp. К IB. When using P. fluorescens SPB2137, maximum values of the most important indicators characterizing wheat ear structure, number and weight of grains in spikelet of spikes were recorded. Thus, using these bacterial strains not only led to a significant increase in the productivity of soft wheat, but also optimized the phytosanitary condition of plants.
Keywords: soft wheat, associative rhizobacteria, phytometric indicators, wheat productivity, root rot, wheat diseases
For citation: Kolesnikov, L.E., Hassan, B.A.H. and Belimov, A. A. (2024) 'Influence of associative rhizobacteria on forming of soft wheat productivity under conditions of Leningrad Region', Izvestya of Saint-Petersburg State Agrarian University, vol. 77, no. 3, pp. 45-59. (In Russ.) DOI: 10.24411/2078-1318-2024-3-45-59.
Acknowlegments. The manuscript was prepared with the support of the Russian Science Foundation (proj ect No. 24-16-00166).
Введение. Производство зерновых культур в РФ имеет стратегическое значение для обеспечения продовольственной безопасности (ЛачугаЮ.Ф., 2017; Данилова Т.А. и др., 2020). Особое внимание уделяется разработкам ресурсосберегающих технологий их возделывания, в т. ч. с использованием полифункциональных биопрепаратов (Павлюшин В.А. и др., 2022; Шапошников А.И. и др., 2023).
Стимулирующие действие бактерий из группы PGPB {Plant Growth Promoting Bacteria - PGPB) обусловлено продуцированием ими фитогормонов, повышением доступности питательных веществ для растений и биоконтрольной функцией в отношении фитопатогенных микромицетов (Asaf S. и др., 2017). Ассортимент и интенсивность синтеза фитогормонов, обнаруженных у ризобактерий, различен. Так, ауксины были обнаружены у Pseudomonas, у нескольких видов Bacillus (Idris E.S.E. et al., 2007), Sphingomonas sp. (Khan A.L. et al., 2014), цитокинины - у Pseudomonas (Großkinsky D.K. et al., 2016) и Bacillus subtilis (Kudoyarova G.R. et al., 2014), гибберелины-уBacillus sp. (ShahzadR. et al., 2016), абсцизовая кислота - у Sphingomonas sp. (Khan A.L. et al., 2014), салициловая кислота - у Pseudomonas aeruginosa (De Meyer G. et al., 1999).
Антагонистическая активность ризобактерий обусловлена синтезом антибиотиков, литических ферментов, сидерофоров и т. д. (Максимов И.В. и др., 2011), а также вторичных метаболитов, которые могут быть образованы ризобактериями при изменении условий среды, в частности, при повышенной конкуренции за субстрат, недостаточной концентрации основных питательных элементов или макро- и микроэлементов, при наличии нетипичного источника питания или макроэлементов (Штарк О.Ю. и др., 2003, Балабан Н.П. и др., 2003).
Вышеизложенное свидетельствует об актуальности исследований по оценке эффективности применения ризобактерий при возделывании зерновых культур и, в частности пшеницы, для улучшения роста, развития растений и повышения их устойчивости к факторам внешней среды.
Цель исследования - оценить влияние ассоциативных ризобактерий на продуктивность и интенсивность развития особо опасных возбудителей болезней мягкой пшеницы в условиях Ленинградской области.
Материалы, объекты и методы исследования. Полевой эксперимент по изучению действия штаммов ассоциативных ризобактерий на формирование продуктивности мягкой пшеницы был выполнен на полях научно-производственной базы «Пушкинские и Павловские лаборатории ВИР» ФГБНУ «ФИЦ Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н И. Вавилова» (ВИР).
Объект исследования - сорта мягкой пшеницы яровой (Triticum aestivum L.): Сударыня, к-66407 и Trizo, к-64981 из отдела генетических ресурсов пшениц ВИР; особо опасные болезни пшеницы: бурая (Puccinia triticina Erikss.) и желтая ржавчина (Puccinia striiformis West.), мучнистая роса {Blumeria graminis (DC.) Speer f. sp. tritici Marchai.), гельминтоспориозная корневая гниль {Bipolaris sorokiniana (Sacc.) Shoemaker).
Предмет исследования - штаммы ассоциативных ризобактерий Bacillus subtilis 124-11, Sphingomonas sp. K1B, Pseudomonas fluorescens SPB2137 из Ведомственной коллекции полезных микроорганизмов сельскохозяйственного назначения при ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии» (ФГБНУ ВНИИСХМ).
Микрополевые опыты были заложены в четырехкратной повторности методом организованных повторений. Площадь учетной делянки для одного варианта опыта составила 1,0 м2, варианты по делянкам в повторениях расположены систематически.
Схема опыта при анализе эффективности штаммов ассоциативных ризобактерий в процессе возделывании мягкой пшеницы включала следующие варианты:
1. Контроль (без обработки).
2. Bacillus subtilis 124-11 (инокуляция семян и опрыскивание растений культуральной жидкостью бактерий).
3. Pseudomonas fluorescens SPB2137 (инокуляция семян и опрыскивание растений культуральной жидкостью бактерий).
4. Sphingomonas sp. К1В (инокуляция семян и опрыскивание растений культуральной жидкостью бактерий).
В фазы выхода в трубку и начала цветения осуществлено двукратное опрыскивание растений культуральной жидкостью бактерий. При инокуляции семян норма расхода рабочей жидкости (109 кл/мл) - 2 мл суспензии на 10 г семян, при внекорневом опрыскивании растений - 100 мл/м2
В фазу развития зародышевого побега осуществляли оценку влияния штаммов ассоциативных ризобактерий на общепринятый показатель - полевую всхожесть (%). В фазы колошения-цветения исследовали комплекс показателей растений: продуктивную и общую кустистость (шт.), фазу растений (балл, по шкале Цадокса (Эукарпия), площадь флагового и предфлагового листа (см2), высоту растений (см), длину колоса (см), число колосков в колосе (шт.), массу колоса (г.). Кроме того, определяли число и длину первичных корней (главного зародышевого корня, зародышевых и колеоптильных корней), отходящих от эпикотиля. Осуществляли учет числа и длины узловых корней пшеницы. Рассчитывали показатели массы корней и вегетативной части растений. В фазу созревания (Ф91, стадия полной спелости) изучали структуру урожайности пшеницы по следующим показателям: число колосков в колосе, шт.; длина колоса, см; масса колоса с зерном; число зерен в колосе, шт.; масса зерен с колоса; масса 1000 зерен. Продуктивность единичного растения пшеницы рассчитывали в соответствии с данными о его продуктивной кустистости и массе зерен колоса. Урожайность сортов пшеницы применительно к площади посева (т/га) определяли по продуктивной кустистости, массе зерен колоса и числу растений, высеянных на 1 м2. Учет интенсивности развития возбудителей корневой гнили и болезней листьев пшеницы был приурочен к основным фазам онтогенеза пшеницы. Пораженность пшеницы болезнями оценивали по комплексу общепринятых и расчетных фитопатологических показателей (Колесников и др., 2023).
Результаты исследований. Как следует из данных рисунков 1 и 2, в 2019 г. максимальные величины продуктивности одного растения Yp и урожайности пшеницы Yn зарегистрированы в вариантах опыта со штаммами Bacillus subtilis 124-11 (сорт Сударыня: Yp = 3,82 ± 0,24 г/растение и Yn= 5,59 ± 0,38 т/га), Pseudomonas fluorescens SPB2137 (Trizo: Yp = 3,14 ± 0,23 г/растение и Yn= 4,71 ± 0,35 т/га). Изменение указанных показателей по сравнению с контролем составило 50,3%; 46,6% и 5,4%; 10,9%, соответственно.
В 2021 г. определен значительный рост продуктивности и урожайности сорта Trizo -на 368,6% в вариантах опыта «Bacillus subtilis 124-11» (Yp = 1,86 ± 0,09 г/растение и Yn = 3,73 ± 0,18 т/га) и «Sphingomonas sp. К1В» (Yp= 1,08 ± 0,09 г/растение и Yn= 2,15 ± 0,18 т/га) по сравнению с контролем (Yp= 0,4 ± 0,08 г/растение и Yn= 0,80 ± 0,16 т/га). Однако в сравнении с 2019 г. и 2022 г. в 2021 г. указанные изменения при применении штаммов ассоциативных бактерий не были сильно выражены в связи с крайне низкими значениями урожайности пшеницы в контроле.
В 2022 г. все бактериальные штаммы оказали статистически достоверное влияние на рост продуктивности и урожайности сортов Сударыня и Trizo. Максимальную эффективность
проявил штамм Sphingomonas sp. К1В, применение которого, в частности на сорте Trizo, обуславливало рост указанных показателей с Yp= 0,44 ± 0,05 г/растение и Yn= 0,33 ± 0,04 т/га - в контроле до Yp= 4,90 ± 0,29 г/растение и Yn= 8,33 ± 0,49 т/га в варианте опыта.
2019
Год 2021
2022
IX
Варианты опыта
-г-
-ír
(л "О 03
i
Í-
-i-
О га ■о
Рисунок 1. Варьирование продуктивности сортов Сударыня и Trizo при применении штаммов ассоциативных ризобактерий. 2019, 2021, 2022 гг. Figure 1. Variation in productivity of Sudarynya and Trizo cultivars when using strains
of associative rhizobacteria. 2019, 2021, 2022
108" 62 4л 2"
H
и
° o-1 lOra
I 3-
a.
* 6"
42-o-
2019
Год 2021
2022
Ыш
-Зг
í
¿i
-í-
Ш
-г-
Варианты опыта
-Зг
"Г
СП TJ
м 2 f- Го
Рисунок 2. Варьирование урожайности сортов Сударыня и Trizo при применении штаммов ассоциативных ризобактерий. 2019, 2021, 2022 гг. Figure 2. Yield variation of Sudarynya and Trizo cultivars when using strains of associative
rhizobacteria. 2019, 2021, 2022
В среднем по двум сортам (рис. 3 и 4) максимальные величины продуктивности (Yp = 4,18 ± 0,21 г/растение) и урожайности (Yn= 6,19 ± 0,33 т/га) пшеницы выявлены в 2019 г. в варианте опыта, где был использован штамм Bacillus subtilis 124-11, что было существенно больше - на 50,7% и 52,9% по сравнению с контролем (Yp= 2,77±0,17 г/растение; Yn= 4,04 ± 0,26 т/га). Кроме того, в данном году был отмечен значительный рост вышеуказанных показателей в варианте опыта, где был использован штамм бактерии «Pseudomonas fluorescens SPB2137» - на 45,1% (Yp = 4,02 ± 0,24 г/растение) и 45,3% (Y„ = 5,88 ± 0,37 т/га), соответственно.
В 2021 г. эффективность бактериальных штаммов в отношении продуктивности и урожайности пшеницы была значительно ниже, чем в 2019 и 2022 гг. Однако в варианте опыта «Bacillus subtilis 124-11» в 2021 г. выявлен статистически достоверный рост показателей по сравнению с контролем (Yp= 0,59 ± 0,08 г/растение; Yn= 1,18 ± 0,16 т/га) - на 86,0% (Yp = 1,10 ± 0,16 г/растение; Yn = 2,20 ± 0,32 т/га).
В 2022 г. все вышеперечисленные бактериальные штаммы оказали существенное влияние на продуктивность и урожайность мягкой пшеницы, но наибольшие величины показателей были выявлены в варианте опыта «Sphingomonas sp. К1В» (Yp=3,54±0,28 г/растение; Yn=5,84±0,49 т/га).
Варианты опыта
Рисунок 3. Динамика продуктивности мягкой пшеницы при применении штаммов ассоциативных ризобактерий. 2019, 2021, 2022 гг. Figure 3. Dynamics of soft wheat productivity when using strains of associative rhizobacteria.
2019, 2021, 2022
б-
"P jf
Й 4-
0 4 z
)S
Pi
1 D CL
2-
0
Рисунок 4. Динамика урожайности мягкой пшеницы при применении штаммов ассоциативных
ризобактерий. 2019, 2021, 2022 гг. Figure 4. Yield dynamics of soft wheat when using strains of associative rhizobacteria. 2019, 2021, 2022
Высокие значения урожайности и продуктивности пшеницы в 2019 г. по сравнению с 2021 г. и 2022 г., возможно, были связаны с более благоприятными метеорологическими условиями роста и развития пшеницы в этом году (гидротермический коэффициент ГТКиюль = 0,98; ГТКавгуст = 0,92; сумма температур в мае выше 10 С со дня посева 11 мая ТМай = 228,12 С, сумма осадков в мае со дня посева \УМай = 72,0 мм; сумма температур в июне ТИЮнь = 529,7 С; сумма осадков в июне \УИюнь = 33,9 мм; сумма температур в июле ТИЮль = 479,7 °С; сумма осадков в июне Wmoin, = 58,0 мм; сумма температур в августе ТаВгуст = 478,0 С; сумма осадков в августе \Уавгуст = 24,9 мм). Кроме того, в данном году отмечена минимальная активность Солнца: число пятен на Солнце в среднем за год Nrn. = 3,6; число пятен на Солнце в июле NiHcmb.n = 0,9; число Вольфа в июле Лепишь 0,7).
Минимальные значения урожайности и продуктивности пшеницы в 2021 г. были связаны с жарким и засушливым вегетационным периодом возделывания пшеницы. Были зарегистрированы высокие значения температуры в мае Тмай = 289,1 С, июне ТИЮнь = 590,4 С, июле Тиюнь = 837,7°С. При этом в июне и июле выпало очень незначительное количество осадков: \УИюнь = 10,7 мм, \УИюль = 5,7 мм, а в августе, наоборот, сумма осадков составила август = 122,5 мм. Активность Солнца в 2021 г. резко возросла по сравнению с 2019 г.: Nr.n = 29,6; 1Миюль.п. = 34,3; УИЮль = 35,9. Значения ГТК: в июле - 1,95, в августе - 2,58.
Метеорологические условия вегетационного периода роста и развития пшеницы в 2022 г. отличались минимальной суммой осадков в мае \УМай = 4,3 мм и максимальной - в августе \УМай = 544,9 мм. Значения ГТК в июле - 1,20, в августе - 2,54. Активность Солнца была максимальной: Nr.n. = 83,1; ]Миюль.п= 91,4; УИЮль = 110.
В среднем по сортам и годам исследования (рисунки 5 и 6) все штаммы ассоциативных ризобактерий оказали существенное влияние на урожайность и продуктивность мягкой пшеницы. Однако наибольшее изменение продуктивности (на 83,1%) и урожайности (на 95,2%) мягкой пшеницы по сравнению с контролем выявлено в варианте опыта с использованием штамма Bacillus subtilis 124-11.
Варианты опыта
Контроль
124-11
К1 В
SPB2137
Варианты опыта
Рисунок 5. Продуктивность мягкой пшеницы при применении штаммов ассоциативных
бактерий в среднем по двум сортам (Сударыня и Trizo). 2019, 2021, 2022 гг. Figure 5. Soft wheat productivity when using strains of associative bacteria on average for two cultivars (Sudarynya and Trizo). 2019, 2021, 2022
5-
2 4"
(4
о a.
2-
1-
Контроль
I
124-11
K1B
SPB2137
Варианты опыта
Рисунок 6. Урожайность мягкой пшеницы при применении штаммов ассоциативных бактерий в среднем по двум сортам (Сударыня и Trizo). 2019, 2021, 2022 гг. Figure 6. Soft wheat yield when using strains of associative bacteria on average for two cultivars
(Sudarynya and Trizo). 2019, 2021-2022
Многофакторный подход к анализу комплекса из 21 -го показателя, характеризующего фитометрические параметры посевов и структуру урожайности мягкой пшеницы, позволил определить тенденции в их изменении и выявить относительное число параметров, величины которых отличались достоверно большими значениями при применении штаммов ассоциативных ризобактерий по сравнению с контролем (таблицы 1 и 2).
Как следует из данных рисунка 7, за период 2019, 2021, 2022 гг. наибольшее число фитометрических показателей, значения которых статистически достоверно выросли по сравнению с контролем при Р < 0,05, было выявлено у сорта Сударыня в варианте опыта со штаммом Bacillus subtilis 124-11 - 52,4%; у сорта Trizo - в вариантах «Bacillus subtilis 124-11» (66,7%) и «Sphingomonas sp. К1В» (66,7%), а в среднем по двум сортам - при использовании штамма «Bacillus subtilis 124-11» (81,0%).
Таблица 1. Некоторые фитометрические показатели посевов сортов мягкой пшеницы Сударыня и Trizo при применении штаммов ассоциативных ризобактерий
(2019, 2021, 2022 гг.)
Table 1. Some photometric indicators of soft wheat cultivars Sudarynya and Trizo when using strains of associative rhizobacteria (2019, 2021, 2022)
Вариант Высота растения, см Число первич. корней, шт. Длина первич. корней, мм Число узловых корней, шт. Длина узловых корней, мм Масса корней, г Прод. куст., шт. S флаг листа см2
Контроль 52,9 5,5 63,4 17,4 52,6 1,4 1,4 4,0
1,6 о,з 2,5 1,0 1,5 ОД ОД о,з
Bacillus subtilis 124-11 58,1* 7,5 87,1 20,3 74,0 1,9 2,0 4Д
1,3 0,5 з,о 1Д 1,6 0,2 ОД 0,2
Sphingomon as sp. K1B 57,7 6,7 80,2 19,4 64,7 1,7 2,5 4Д
1,4 о,з 2,3 0,9 1,7 ОД ОД 0,2
Pseudomon as fluorescens SPB2137 57,9 6,3 80,1 18,6 62,0 1,5 2Д 4Д
1,3 0,4 2,8 1Д 1,5 ОД ОД 0,2
* - различия с контролем достоверны при Р < 0,05.
Таблица 2. Показатели структуры урожайности сортов мягкой пшеницы Сударыня и Trizo при применении штаммов ассоциативных ризобактерий (2019, 2021, 2022 гг.) Table 2. Yield structure indicators of soft wheat cultivars Sudarynya and Trizo when using strains of associative rhizobacteria (2019, 2021, 2022)
Вариант Длина колоса, мм Число колосков в колосе, шт. Масса колоса, г Масса зерен одного колоса, г Число зерен в колосе, шт. Масса 1000 зерен, г Число зерен в колоске колоса, шт. Масса зерен в колоске колоса, г
Контроль 84,0 14,0 1,6 1,2 32,4 33,5 2,0 ОД
±1,4 ±0,3 ±0,1 ±0,1 ±1,4 ±1,2 ±0,1 ±0,0
Продолжение таблицы 2
Bacillus subtilis 124-11 85,0 ±1Д 14,8 ±0,2 1,9 ±0,1 1,5 ±0,1 37,4 ±1,2 37,9 ±0,8 2,4 ±0,1 0,1 ±0,0
Sphingomonas sp. K1B 86,0 ±1,2 14,7 ±0,2 1,8 ±0,1 1,4 ±0,1 34,5 ±1,0 37,2 ±0,8 2,3 ±0,0 0,1 ±0,0
Pseudomonas fliiorescens SPB2137 83,1 ±1,2 14,6 ±0,2 1,8 ±0,1 1,4 ±0,1 35,7 ±1,2 36,7 ±1,0 2,5 ±0,0 0,1 ±0,0
* - различия с контролем достоверны при Р < 0,05.
В среднем за период 2019, 2021, 2022 гг. применение штамма Bacillus subtilis 124-11 на сортах Сударыня и Trizo обуславливало увеличение значений следующих показателей: полевой всхожести (23,6%), фазы онтогенеза (9,3%), высоты растений (10,0%), числа (36,0%), длины (37,4%) первичных корней, числа (16,8%) и длины (40,8%) узловых корней, массы корней (39,8%), продуктивной кустистости (41,4%), площади предфлагового листа (18,3%), числа колосков в колосе (5,2%), массы колоса (18,6%), числа зерен в колосе (15,5%), массы зерен одного колоса (21,2%), массы 1000 зерен (13,0%), числа (18,0%) и массы зерен (87,0%) в колоске колоса.
%
100
Bacillus subtilis 124-11 Sphingomonas sp. K1B Pseudomonas fluorescent Bacillus subtilis 124-11 Sphingomonas sp. K1B Pseudormonas fluorescent
5PB2137 5PB2137
Сударыня, к-66407 Trizo, к-64981
^ Число положительных изменений, % ■ Число достоверных положительных изменений, %
Рисунок 7. Относительное число фитометрических показателей посевов мягкой пшеницы, значения которых выросли и достоверно выросли (Р < 0,05) при применении штаммов ассоциативных ризобактерий. 2019, 2021, 2022 гг. Figure 7. Relative number of phytometric indicators of soft wheat crops, the values of which increased and significantly increased (P<0.05) when using strains of associative rhizobacteria. 2019, 2021, 2022
Наибольшее снижение развития особо опасных болезней мягкой пшеницы (Р < 0,05), в среднем по сортам Сударыня и Trizo (2019, 2021, 2022 гг.), было выявлено при применении штамма Sphingomonas sp. К1В (рисунки 8 и 9). При этом наблюдалось замедление развития корневой гнили (19,1%), развития мучнистой росы (5,6%), числа пятен с налетом мучнистой росы (51,5%), развития желтой ржавчины (6,8%), числа полос с пустулами желтой ржавчины (34,4%), числа пустул в полосе желтой ржавчины (32,1%).
%
5 О -5 -10 -15 -20 -25
Рисунок 8. Относительное число фитопатологических показателей развития особо опасных болезней мягкой пшеницы сорта Сударыня, значения которых выросли и достоверно выросли (Р < 0,05) при применении штаммов ассоциативных ризобактерий. 2019, 2021, 2022 гг. Figure 8. Relative number of phytopathological indicators of development of particularly dangerous diseases of soft wheat of the Sudarynya cultivar, the values of which increased and significantly increased (P < 0.05) when using strains of associative
rhizobacteria. 2019, 2021, 2022
% 5
-5 -10 -15 -20
Рисунок 9. Относительное число фитопатологических показателей развития особо опасных болезней мягкой пшеницы сорта Trizo, значения которых выросли и достоверно выросли (Р < 0,05) при применении штаммов ассоциативных ризобактерий. 2019,
2021, 2022 гг.
Figure 9. Relative number of phytopathological indicators of development of particularly dangerous diseases of Trizo soft wheat, the values of which increased and significantly increased (P < 0.05) when using strains of associative rhizobacteria.
2019, 2021, 2022
Выводы. Результаты исследований показали, что изучаемые штаммы ассоциативных ризобактерий существенно повысили продуктивность мягкой пшеницы и улучшили фитосанитарное состояние ее посевов в условиях Ленинградской области, мы пришли к следующим выводам.
1. Наиболее выраженным полифункциональным действием на пшеницу обладал штамм Bacillus subtilis 124-11, применение которого повысило продуктивность и урожайность в среднем у сортов пшеницы Сударыня и Trizo на 83,1 - 95,2% по сравнению с контролем.
Сударыня, к-66407
Корневая гниль Мучнистая роса Бурая ржавчина Желтая ржавчина
Bacillus subtilis 124-11 ■ Sphingomonas sp. K1B В Pseudomonas fluorescens SPB2137
Trizo, K-64981
Корневая гниль Мучнистая роса Бурая ржавчина Желтая ржавчина
N Bacillus subtilis 124-11 ■ Sphingomonas sp. K1B ■ Pseudomonas fluorescens SPB2137
2. Применение указанного бактериального штамма привело к снижению развития корневой гнили на 19,1%, желтой ржавчины: по длине полосы с пустулами - на 24,1%, числу пустул в полосе - на 29,8%.
3. Наибольшим защитным действием в отношении комплекса особо опасных болезней обладал штамм Sphingomonas sp. К1В, после применения которого интенсивность развития корневой гнили снизилась на 19,1%; мучнистой росы по развитию болезни - на 5,6%, числу пятен с налетом - на 51,5%; желтой ржавчины по развитию болезни - на 6,8%, числу полос с пустулами - на 34,4%, числу пустул в полосе - на 32,1%.
4. При применении штамма, Pseudomonas fluorescens SPB2137 отмечен максимальный рост числа и массы зерен в колоске колоса пшеницы (на 24,6 и 93,2%) по сравнению с действием других штаммов ассоциативных ризобактерий. Данная тенденция, помимо ростостимулирующего действия штамма бактерий на растение, возможно, связана со снижением пораженности растений корневой гнилью - на 18,7%, повышением устойчивости растений к желтой ржавчине, о чем свидетельствует снижение площади пустулы возбудителя на флаговом листе на 27,2% по сравнению с контролем.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Лачуга, Ю.Ф. Научно-техническая модернизация для качественного производства сельскохозяйственной продукции // Зернобобовые и крупяные культуры. - 2017. - № 3 (23). - С. 10-14.
2. Данилова, Т.А., Архипов, М.В., Моисеева, В.К., Тюкалов, Ю.А. Некоторые вопросы управления качеством и безопасностью растениеводческой продукции в зависимости от использования мероприятий по защите растений // Теоретические и прикладные проблемы агропромышленного комплекса. - 2020. - № 1 (43). - С. 15-20, DOI: 10.32935/2221-7312-2020-43-1-15-20.
3. Павлюшин, В.А., Новикова, И.И., Бойкова, И.В. Перспективы и возможности микробиологической защиты растений для повышения уровня экологической безопасности в агроценозах (обзор) // Защита и карантин растений. - 2022. - № 4. - С. 10-18, DOI: 10.47528/1026-8634_2022_4_10.
4. Шапошников, А.И., Белимов, A.A., Азарова, Т.С., Струнникова, O.K., Вишневская, H.A., Воробьев, Н.И., Юзихин, О.С., Беспалова, Л.А., Тихонович, И.А. Взаимосвязь состава корневых экссудатов и эффективности взаимодействия растений пшеницы с микроорганизмами // Прикладная биохимия и микробиология. - 2023. - № 3 (59). - С. 260-274, DOI: 10.31857/S0555109923030170.
5. Asaf, S., Khan, A.L., Khan, M.A., Imran, Q.M., Yun, B.W., Lee, I.J. Osmoprotective functions conferred to soybean plants via inoculation with Sphingomonas sp. LK11 and exogenous trehalose // Microbiological research. - 2017. - № 205. - Pp. 135-145, DOI: 10.1016/j.micres.2017.08.009.
6. Idris, E.E., Iglesias, D.J., Talon, M., Borriss, R. Tryptophan-dependent production of indole-3-acetic acid (IAA) affects level of plant growth promotion by Bacillus amyloliquefaciens FZB42 // Molecular plant-microbe interactions. - 2007. - Vol. 20. - № 6. - Pp. 619-626, DOI: 10.1094/MPMI-20-6-0619.
7. Khan, A.L., Waqas, M., Kang, S.M., Al-Harrasi, A., Hussain, J., Al-Rawahi, A., Al-Khiziri, S., Ullah, I., Ali, L., Jung, H.Y., Lee, I.J. Bacterial endophyte Sphingomonas sp. LK11 produces gibberellins and IAA and promotes tomato plant growth // Journal of Microbiology. - 2014. - Vol. 52. - № 8. - Pp. 689-695, DOI: 10.1007/sl2275-014-4002-7.
8. Grosskinsky, D.K., Tafner, R., Moreno, M.V., Stenglein, S.A., Garcia de Salamone, I. E., Nelson, L. M., Novak, O., Strnad, M., Van der Graaff, E., Roitsch, T. Cytokinin production by Pseudomonas fluorescens G20-18 determines biocontrol activity against Pseudomonas syringae in Arabidopsis // Scientific Reports. - 2016. - Vol. 6. - № 1. - P. 23310, DOI: 10.1038/srep23310.
9. Kudoyarova, G.R., Melentiev, A.I., Martynenko, E.V., Timergalina, L.N., Arkhipova, T. N., Shendel, G.V., Kuz'mina, L.Y., Dodd, I. C., Veselov, S.Y. Cytokinin producing bacteria stimulate amino acid deposition by wheat roots // Plant physiology and biochemistry. - 2014. - № 83. - Pp. 285-291, DOI: 10.1016/j.plaphy.2014.08.015.
10. Shahzad, R, Waqas, M., Khan, A.L., Asaf, S., Khan, M.A., Kang, S.M., Yun, B.W., Lee, I.J. Seed-borne endophytic Bacillus amyloliquefaciens RWL-1 produces gibberellins and regulates endogenous phytohormones of Oryza sativall Plant Physiology and Biochemistry. -2016.-№ 106.-Pp. 236-243, DOI: 10.1016/j.plaphy.2016.05.006.
11. Meyer, G. De, Capieau, K., Audenaert, K., Buchala, A., Metraux, J.P., Hofte, J.M. Nanogram amounts of salicylic acid produced by the rhizobacterium Pseudomonas aeruginosa 7NSK2 activate the systemic acquired resistance pathway in bean // Molecular Plant-Microbe Interactions. - 1999. - Vol. 12. - Pp. 450-458, DOI: 10.1094/MPMI. 1999.12.5.450.
12. Максимов, И.В., Абизгильдина, P.P., Пусенкова, Л.И. Стимулирующие рост растений микроорганизмы как альтернатива химическим средствам защиты от патогенов (обзор) // Прикладная биохимия и микробиология. - 2011. - № 4 (47). - С. 333-345, DOI: 10.1134/S0003683811040090.
13. Штарк, О. Ю., Шапошников, А.И., Кравченко, JI.B. Продуцирование антифунгальных метаболитов Pseudomonas chlororaphis при росте на различных источниках питания // Микробиология. - 2003. - Т. 72. - № 5. - С. 645-650.
14. Балабан, Н.П., Шарипова, М.Р., Габдрахманова, Л.А., Марданова, A.M., Токмакова Ю.С., Соколова Е.А., Руденская Г.Н., Лещинская И.Б. Синтез и секреция протеиназ Bacillus intermedius на поздних стадиях спорообразования // Микробиология. - 2003. -№3 (72).-С. 338-342.
15. Колесников, Л.Е., Новикова, И.И., Павлюшин, В.А., Зуев, Е.В., Колесникова Ю.Р. Моделирование эффективности штаммов Bacillus subtilis в зависимости от природно-климатических факторов при возделывании мягкой пшеницы // Российская сельскохозяйственная наука. - 2023. - № 4. - С. 29-37, DOI: 10.31857/S2500262723040063.
REFERENCES
1. Lachuga, Yu.F. (2017), "Scientific and technical modernization for high-quality production of agricultural products", Legumes and cereals, no. 3 (23), pp. 10-14. (In Russ.).
2. Danilova, T.A., Arkhipov, M.V., Moiseeva, V.K. and Tyukalov, Yu.A. (2020), "Some issues of quality and safety management of crop production depending on the use of plant protection measures", Theoretical and applied problems of the agro-industrial complex, no. 1 (43), pp. 15-20. (In Russ.), DOI: 10.32935/2221-7312-2020-43-1-15-20.
3. Pavlyushin, V.A., Novikova, I.I. and Boikova, I.V. (2022), "Prospects and possibilities of microbiological plant protection to increase the level of environmental safety in agrocenoses (review)", Protection and quarantine of plants, no. 4, pp. 10-18. (In Russ.), DOI: 10.47528/1026-8634_2022_4_10.
4. Shaposhnikov, A. I., Belimov, A.A., Azarova, T.S., Strunnikova, O.K., Vishnevskaya, N.A., Vorobyov, N.I., Yuzikhin, O.S., Bespalova, L A. and Tikhonovich I.A. (2023), "The relationship of the composition of root exudates and the effectiveness of the interaction of wheat plants with microorganisms", Applied Biochemistry and microbiology, vol. 59, no. 3, pp. 260-274. (In Russ.) DOI: 10.31857/S0555109923030170.
5. Asaf, S., Khan, A.L., Khan, M.A., Imran, Q.M., Yun, B.W. and Lee, I.J. (2017), "Osmoprotective functions conferred to soybean plants via inoculation with Sphingomonas sp. LK11 and exogenous trehalose", Microbiological research, no. 205., pp. 135-145, DOI: 10.1016/j.micres.2017.08.009.
6. Idris, E.E., Iglesias, D.J., Talon, M. and Borriss, R. (2007), "Tryptophan-dependent production of indole-3-acetic acid (IAA) affects level of plant growth promotion by Bacillus amyloliquefaciens FZB42", Molecular plant microbe interactions, vol. 20, no. 6, pp. 619626, DOI: 10.1094/MPMI-20-6-0619.
7. Khan, A.L., Waqas, M., Kang, S.M., Al-Harrasi, A., Hussain, J., Al-Rawahi, A., Al-Khiziri, S., Ullah, I., Ali, L., Jung, H.Y. and Lee, I.J. (2014), "Bacterial endophyte Sphingomonas sp. LK11 produces gibberellins and IAA and promotes tomato plant growth", Journal of Microbiology, vol. 52, no. 8, pp. 689-695, DOI: 10.1007/sl2275-014-4002-7.
8. Grosskinsky, D.K., Tafner, R., Moreno, M.V., Stenglein, S.A., Garcia de Salamone, I. E., Nelson, L.M., Novak, O., Strnad, M., Van der Graaff, E. and Roitsch, T. (2016), "Cytokinin production by Pseudomonas fluorescens G20-18 determines biocontrol activity against Pseudomonas syringae in Arabidopsis", Scientific Reports, vol. 6, no. 1, p. 23310, DOI: 10.1038/srep23310.
9. Kudoyarova, G.R., Melentiev, A.I., Martynenko, E.V., Timergalina, L.N., Arkhipova, T. N., Shendel, G.V., Kuz'mina, L.Y., Dodd, I.C. and Veselov, S.Y. (2014), "Cytokinin producing bacteria stimulate amino acid deposition by wheat roots", Plant physiology and biochemistry, no. 83, pp. 285-291, DOI: 10.1016/j.plaphy.2014.08.015.
10. Shahzad, R, Waqas, M., Khan, A.L., Asaf, S., Khan, M.A., Kang, S.M., Yun, B.W. and Lee, I.J. (2016), "Seed-borne endophytic Bacillus amyloliquefaciensRWh-\ produces gibberellins and regulates endogenous phytohormones of Oryza sativa", Plant Physiology and Biochemistry, no. 106, pp. 236-243, DOI: 10.1016/j.plaphy.2016.05.006.
11. Meyer, G. De, Capieau, K., Audenaert, K., Buchala, A., Metraux, J.P. and Hofte, J.M. (1999), "Nanogram amounts of salicylic acid produced by the rhizobacterium Pseudomonas aeruginosa 7NSK2 activate the systemic acquired resistance pathway in bean" Molecular Plant-Microbe Interactions, vol. 12, pp. 450-458, DOI: 10.1094/MPMI. 1999.12.5.450.
12. Maksimov, I.V., Abizgildina, R.R. and Pusenkova, L.I. (2011), "Plant growth promoting microorganisms as alternative to chemical protection from pathogens (review), Applied Biochemistry and microbiology, vol. 47, no. 4, pp. 333-345, DOI: 10.1134/S0003683811040090.
13. Shtark, O.Yu., Shaposhnikov, A.I. and Kravchenko, L.V. (2003), "Production of antifungal metabolites of Pseudomonas chlororaphis during growth on various food sources", Microbiology, vol. 72, no. 5, pp. 645-650. (InRuss.).
14. Balaban, N.P., Sharipova, M.R., Gabdrakhmanova, L.A., Mardanova, A.M., Tokmakova, Y.S., Sokolova, E.A., Rudenskaya, G.N. and Leshchinskaya, I.B. (2003), "Synthesis and secretion of Bacillus intermedius proteinases in the late stages of sporulation", Microbiology, vol. 72, no. 3, pp. 338-342. (InRuss.).
15. Kolesnikov, L.E., Novikova, I.I., Pavlyushin, V.A., Zuev, E.V. and Kolesnikova, Yu.R. (2023), "Modeling the effectiveness of Bacillus subtilis strains depending on natural and climatic factors in the cultivation of soft wheat", Russian agricultural science, no. 4, pp. 2937. (In Russ ), DOI: 10.31857/S2500262723040063.
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Леонид Евгеньевич Колесников, кандидат биологических наук, доцент, заведующий кафедрой защиты и карантина растений, федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет», г. Пушкин, г. Санкт-Петербург, Россия; https://orcid.org/0000-0003-3765-1192, SPIN-код: 4111-2369; e-mail: [email protected].
Хассан Башар Абд Хассан, научный сотрудник, Министерство сельского хозяйства/управление сельскохозяйственных исследований, г. Багдад, Ирак; аспирант кафедры защиты и карантина растений, федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет», г. Пушкин, г. Санкт-Петербург, Россия; https://orcid.org/0000-0001-8395-9580; e-mail: [email protected].
Андрей Алексеевич Белимов, доктор биологических наук, заведующий лабораторией ризосферной микрофлоры, федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии», г. Пушкин, г. Санкт-Петербург, Россия; https://orcid.org/0000-0002-9936-8678, SPIN-код: 56305537; e-mail: [email protected].
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Leonid E. Kolesnikov, Cand. Sei. (Biol.), Associate Professor, Head of the Department of Plant Protection and Quarantine, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Saint-Petersburg State Agrarian University", Pushkin, St. Petersburg, Russia; https://orcid.org/0000-0003-3765-1192, SPIN-code: 4111-2369; e-mail: [email protected].
Hassan Bashar Abd Hassan, Ministry of Agriculture, Agricultural Research Office, Abo-Ghraib, St. Al-Zaytun, H. 10081, Baghdad, Iraq; postgraduate student of the Department of Plant Protection and Quarantine, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Saint-Petersburg State Agrarian University", Pushkin, St. Petersburg, Russia; https://orcid.Org/0000-0001-8395-9580; e-mail: [email protected].
Andrey A. Belimov, Doc. Sei. (Biol.), Head of the Laboratory of Rhizospheric Microflora, Federal State Budgetary Scientific Institution "All-Russian Scientific Research Institute of Agricultural Microbiology", Pushkin, St. Petersburg, Russia; https://orcid.org/0000-0002-9936-8678, SPIN-code: 5630-5537; e-mail: [email protected].
Авторский вклад. Все авторы настоящего исследования принимали
непосредственное участие в планировании, выполнении и анализе данного исследования. Все авторы настоящей статьи ознакомились и одобрили представленный окончательный вариант Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
Поступила в редакцию / Received 26.06.2024 Поступила после рецензирования / Revised 01.08.2024 Принята к публикации / Accepted 20.08.2024
Author's contribution. All authors of this research paper have directly participated in the planning, execution, or analysis of this study. All authors of this paper have read and approved the final version submitted
The authors declare no conflict of interest
