CC BY
31УДК 633.63: 631.559:579.64
Влияние внесения бактерий рода Pseudomonas в агроценоз сахарной свёклы на фотосинтетическую активность и продуктивность культуры
М.Ю. ПЕТЮРЕНКО, мл. науч. сотр. (e-mail: [email protected]), H.B. БЕЗЛЕР, д-р с/х наук (e-mail: [email protected]) ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт сахарной свёклы и сахара имени А.Л. Мазлумова»
В последнее время в современных условиях развития земледелия особую актуальность приобретает применение различных микроорганизмов и созданных на их основе микробиологических препаратов. Многие ризосфер-ные бактерии способны фиксировать азот атмосферы и увеличивать его поступление в почву, снижая дефицит азота в почве [4]. В последнее время для повышения продуктивности сельскохозяйственных культур всё чаще находят применение ризосфер-ные бактерии рода Pseudomonas. Они активно колонизируют корни растений, обладают антагонистической активностью по отношению к фитопатогенам, синтезируют разнообразные антибиотики и сидерофоры, а также являются активными продуцентами фитогормонов [3]. В.Г. Ми-неевым (1991) установлено, что внесение в почву бактерий рода Pseudomonas, фиксирующих азот, оказало положительное влияние на урожай столовой свёклы, увеличив его на 35% [5]. В.П. Шаба-ев (2012) в микрополевом опыте на чернозёме выщелоченном показал, что инокуляция семян сахарной свёклы азотфиксирующей бактерией Pseudomonas putida 23 способствовала прибавке массы сырых и сухих корнеплодов этой культуры соответственно на 25 и
37% в сравнении с вариантом без инокуляции [9].
Цель работы — изучить влияние внесения штаммов бактерий рода Pseudomonas, выделенных из ризосферы и ризопланы сахарной свёклы и обладающих способностью фиксировать азот, на особенности формирования фотосинтетического аппарата и продуктивность культуры.
В лаборатории эколого-микро-биологических исследований почв были выделены бактерий рода Pseudomonas под номерами Pseudomonas sp. 110 из ризосферы и P. fluorescens 116 с поверхности корней сахарной свёклы [1]. Для выявления их способности фиксировать азот был проведён ПЦР анализ на наличие у них гена nifH, кодирующего нитрогеназу. Амплификация геномной ДНК этих штаммов с праймером nifH-univ позволила определить наличие ампликона размером 473 п.н. для штамма P. fluorescens 116 и ампликона размером 595 п.н. для штамма Pseudomonas sp. 110, что подтверждает на генетическом уровне способность к фиксации азота. В лабораторном опыте выявлена также способность штаммов P. fluorescens 116 и Pseudomonas sp. 110 к продуцированию индолил-3-уксусной кислоты, свободных аминокислот, растворению трифосфата кальция.
На основании лабораторных исследований в 2014—2016 гг. на базе «Всероссийского научно-исследовательского института сахарной свёклы и сахара им. А.Л. Мазлумова» был заложен опыт в соответствии с методикой полевого опыта. Почва опытного участка
— чернозём выщелоченный сред-негумусный тяжелосуглинистый на карбонатных лёссовидных суглинках. Содержание гумуса 5,5%, рНсол. — 5,6, содержание щелочногидролизуемого азота — 52 мг/кг почвы, обменного калия
— 12,0 мг/100 г почвы, подвижного фосфора — 11,6 мг/100 г почвы.
Площадь посевной делянки в 2014 г. составила 27 м2, в 2015 и 2016 гг. — 32,4 м2. Повторность опыта четырёхкратная, размещение вариантов 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 в дозе N100P100K100. Технология возделывания культуры — общепринятая для ЦЧР.
Штаммы бактерий P. fluorescens 116 и Pseudomonas sp. 110 вносили под предпосевную культивацию в виде водной суспензии опрыскивателем (использовали водопроводную воду) с титром жизнеспособных бактериальных клеток
20 САХАР № 5 • 2017
ЩЕЛКОВО TlATlM flllfll IIIIP Для борьбы с широким спектром болезней зерновых, рапса,
I Irl I ]jJI pQJJUy Ш1Г подсолнечника, сахарной свеклы и гороха
ПЩП ДГРПУММ ■ VI ■ мшш р^уиу ■■■■■ подсолнечника, сахарной свеклы и гороха
. 200г/лпропиконазола + 200г/лтебуконазола 71/лл/У/1ЬИОв совыошвисшво}
россиискии аргумент защиты «г ' » --111 _/
108 и 1010 КОЕ/мл. Расход рабочей жидкости составил 200 л/га.
Оценивая влияние интродукции псевдомонад на фотосинтетическую активность растений, определяли содержание в листьях хлорофилла по показаниям прибора N-Tester. Измерения осуществлялись с 30 растений и представлялись в единицах N-Tester. Условный коэффициент продуктивности фотосинтеза (Кпф) выражали отношением фотосинтетической активности по N-Tester к площади листовой поверхности S в следующем уравнении [8]:
тг _ ^'^к
где Кпф — коэффициент продуктивности фотосинтеза;
Х — показатель N-Tester;
Sk — площадь листовой поверхности;
Кп — средняя площадь листовой поверхности.
Площадь листовой поверхности рассчитывали для одновозрастно-го листа в период активного роста культуры по формуле
S = l ■ п ■ 0,76 [6].
Ранее нашими исследованиями было установлено, что внесение штаммов псевдомонад в агроценоз сахарной свёклы повышает содержание щелочногидролизуемого и нитратного азота в почве, тем самым улучшая азотное питание культуры [2].
Определение массы 100 растений в фазу первой пары настоящих листьев в среднем за три года показало, что внесённые в агро-ценоз сахарной свёклы штаммы Pseudomonas sp. 110 и P. fluorescens 116, благодаря способности фиксировать азот и продуцировать в окружающую среду природный фитогормон — индолил-3-уксусную кислоту, способствовали более активному росту сахарной свёклы в начальный период (табл. 1).
№ 5 • 2017 САХАР 21 -
В посевах гибрида РМС 120 внесение штамма P. fluorescens 116 способствовало увеличению массы 100 проростков сахарной свёклы — на 22,0 и 24,7%, а штамма Pseudomonas sp. 110 — на 36,6 и 20,2 %. Благодаря более активному росту в начальный период вегетации и увеличению массы 100 растений повысилось и содержание сухого вещества в проростках. Данный показатель зависел от вида штамма и его концентрации. Наибольшее увеличение сухого вещества в ювенильных растениях сахарной свёклы отмечено при внесении в почву штамма P. fluorescens 116 (титр 1010 КОЕ/мл) - на 23,5%.
Наблюдения за ростом и развитием сахарной свёклы показали, что распространение корнееда при использовании бактерий рода Pseudomonas во всех вариантах опыта было ниже контроля. Под воздействием штамма P. fluorescens 116 (титр 1010 и 108 КОЕ/мл) степень распространения этого заболевания снижалась соответственно до 19,6 и 18,2% (в контроле - 25,3%). Интродукция штамма Pseudomonas sp. 110 оказалась более эффективной: количество растений подвергшихся этому заболеванию составило 14,9% (титр 1010 КОЕ/мл) и 12,4% (титр 108 КОЕ/мл), что, вероятно, связа-
но с продуцированием антибиотических веществ.
Результаты исследований позволили установить положительное влияние штаммов псевдомонад на продуктивность фотосинтеза, достоверно увеличив содержание хлорофилла в листьях. Максимальные его значения были отмечены при внесении штамма P.fluorescens 116 (титр 1010 КОЕ/мл) и Pseudomonas sp. 110 (титр 108 КОЕ/мл) — 555 и 563 усл. ед., что превысило показатели контроля соответственно на 28 и 36 усл. ед. (в контроле — 527 усл. ед.), при этом коэффициент продуктивности фотосинтеза вырос соответственно на 15,0 и 11,4% (в контроле — 4,93) (табл. 2).
На формирование урожайности сахарной свёклы существенное влияние оказывает площадь листовой поверхности, с увеличением которой возрастает процесс фотосинтеза. Размер листовой поверхности значительно изменяется под влиянием внешних условий (влажность, температура, интенсивность света, количество питательных веществ) [7]. В первую декаду июля, когда идёт активный рост листовой поверхности сахарной свёклы, внесение штамма P. fluorescens 116 благодаря оптимизации азотного питания
Таблица 1. Влияние внесения псевдомонад на распространение корнееда, массу 100растений и содержание сухого вещества (2014—2016 гг.)
Вариант Масса 100 растений Распространение корнееда Содержание сухого вещества в растениях
г % к контролю % % к контролю % % к контролю
Контроль 59,3 100,0 25,3 100,0 8,8 100,0
P. fluorescens 116 (титр1010 КОЕ/мл) 72,4 122,0 19,6 79,8 10,8 123,5
P. fluorescens 116 (титр 108 КОЕ/мл) 73,9 124,7 18,2 72,0 10,3 117,1
Pseudomonas sp. 110 (титр 1010 КОЕ/мл) 81,0 136,6 14,9 50,9 10,4 118,1
Pseudomonas sp. 110 (титр 108 КОЕ/мл) 71,3 120,2 12,4 49,1 9,3 106,0
НСР05 8,9 - 0,2 - 0,14 -
СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВЕГЕТАЦИЕЙ САХАРНОЙ СВЕКЛЫ: эффективные ХСЗР, [3] ЩЕЛКОВО
W агрохимикаты, высококачественные семена, полный цикл агросопровождения АГРОХИМ
controlled vegetation system WWW.betaren.l"U
и продуцированию гетероаукси-на в окружающую среду, способствовало нарастанию листовой поверхности сахарной свёклы от 7,1 до 8,5%. Увеличение средней площади активно фотосинтезиру-ющего листа под влиянием штамма Pseudomonas sp. 110 зависело от титра бактериальной суспензии: при титре 1010 КОЕ/мл оно составило 8,2%, а при его снижении до 108 КОЕ/мл было неэффективным и приближалось к контрольным показателям.
Активизация продукционных процессов фотосинтеза способствовала росту продуктивности сахарной свёклы. Так, внесение в почву штамма P. fluorescens 116 (титр 1010 КОЕ/мл) в посевах сахарной свёклы способствовало росту урожайности корнеплодов на 5,20 т/га, при этом снижение титра бактериальной суспензии не оказало значимого влияния на увеличение урожайности. Несмотря на то что внесение изучаемого штамма в обеих концентрациях не оказало существенного влияния на сахаристость корнеплодов (содержание сахара колебалось в пределах 18,67—19,10%), был отмечен рост сбора сахара с гектара за счёт увеличения урожайности: при титре 1010 КОЕ/мл — на 0,91 т/га, при титре 108 КОЕ/мл — на 0,15 т/га (табл. 3).
Результаты полевых опытов показали, что урожайность корнеплодов под влиянием штамма Pseudomonas sp. 110 была выше при титре бактериальной суспензии 108 КОЕ/мл. Урожайность в этом варианте повысилась на 2,20 т/га при значительной тенденции роста сахаристости корнеплодов — на 0,34%. В соответствии с ростом урожайности сахарной свёклы повысился и сбор сахара с гектара на — 0,48 т/га. Повышение титра суспензии штамма Pseudomonas sp. 110 до 1010 КОЕ/мл привело к снижению урожайности корнеплодов на 2,46 т/га, что, вероятно, связано с ингибирующей концентрацией продуцированных бактерией физиологически активных веществ.
Внесение под предпосевную культивацию наиболее эффективных штаммов ризосферных бактерий рода Pseudomonas, способных фиксировать азот, увеличивает урожайность корнеплодов сахарной свёклы на чернозёме выщелоченном в условиях ЦЧР. Установленное повышение коэффициента продуктивности фотосинтеза сахарной свёклы и увеличение урожайности объясняется положительным влиянием бактерий на рост массы 100 растений, снижением степени распространения корнееда и увеличения содержание сухого вещества в растениях.
Таким образом, установленное в процессе исследований положительное влияние бактерий рода Pseudomonas на растения сахарной свёклы представляет практический интерес для повышения продуктивности культуры в свекловичных агроценозах.
Список литературы
1. Безлер, Н.В. ПЦР идентификация и генетическое разнообразие Pseudomonas fluorescens выделенных из агроценоза сахарной свёклы (Beta vulgaris L.) / Н.В. Безлер, А.С. Хуссейн, М.Ю. Петюренко // Вестник ВГУ. - 2016. - № 1. - С. 43-49.
2. Безлер, Н.В. Внесение в почву азотфиксирующей бактерии Pseudomonas fluorescens 116 и динамика доступных форм азота в посевах сахарной свёклы / Н.В. Безлер, М.Ю. Петюренко, А.С. Хуссейн // Плодородие . - 2016. -№ 6. - С. 9-11.
3. Боронин, А.М. Ризосферные бактерии рода Pseudomonas, способствующие росту и развитию растений / А.М. Боронин // Соро-совский образовательный журнал. - 1998. - № 10. - С. 25-31.
4. Завалин, А.А. Биопрепараты, удобрения и урожай / А.А. Завалин // М. : Изд-во ВНИИА, 2005.-С. 302.
5. Минеев, В.Г. Влияние бактерий рода Pseudomonas на урожай столо-
Таблица 2. Влияние псевдомонад на среднюю Таблица 3. Влияние внесения штаммов P. fluorescens 116
площадь листа и коэффициент продуктивности и Pseudomonas sp. 110 на продуктивность сахарной свёклы фотосинтеза сахарной свёклы (2015—2016гг.). (2014—2016гг.)
Вариант Показатель N-Tester Кф пф Площадь листа
усл. ед. ±d см2 ±d
Контроль 527 - 4,93 163,0 -
P. fluorescens 116 (титр 1010 КОЕ/мл) 555 28,0 5,67 174,7 11,7
P. fluorescens 116 (титр 108 КОЕ/мл) 540 13,0 5,62 176,9 13,9
Pseudomonas sp. 110 (титр 1010КОЕ/мл) 544 17,0 5,57 176,5 13,5
Pseudomonas sp. 110 (титр 108 КОЕ/мл) 563 36,0 5,49 167,7 4,7
НСР05 9,1 - 0,28 5,6 -
Вариант Урожайность Сахаристость Сбор сахара
т/га ±d % ±d т/га ±d
Контроль 31,37 - 18,77 - 5,85 -
P. fluorescens 116 (титр 1010 КОЕ/мл) 36,56 5,20 18,67 -0,10 6,76 0,91
P. fluorescens 116 (титр 108 КОЕ/мл) 31,50 0,13 19,10 0,33 6,00 0,15
Pseudomonas sp. 110 (титр 1010КОЕ/мл) 28,91 -2,46 19,13 0,36 5,54 -0,31
Pseudomonas sp. 110 (титр 108 КОЕ/мл) 33,57 2,20 19,11 0,34 6,33 0,48
НСР05 2,20 - Нет - 0,41 -
22 САХАР № 5 • 2017
ЩЕЛКОВО TlATlM flllfll IIIIP Для борьбы с широким спектром болезней зерновых, рапса,
I Irl I ]jJI pQJJUy Ш1Г подсолнечника, сахарной свеклы и гороха
ПЩП ДГРПУММ ■ VI ■ мшш р^уиу ■■■■■ подсолнечника, сахарной свеклы и гороха
. 200г/лпропиконазола + 200г/лтебуконазола 7и/ПУ-/1ЬИОв совыошвиство}
россиискии аргумент защиты «г ' » --111 _/
у ДЕКСТРАНАЗА 2 F
А
Импортер - ЗАО «Каваками Паркер» Тел.:+7 (495) 933 8608 Факс: +7(495)6265159 Адрес: 129110, г. Москва, Проспект мира, д. 74 стр.1А, офис 193
Декстраназа 2F производства компании Mitsubishi-Kagaku Foods Corporation позволяет:
снизить вязкость раствора;
повысить скорость кристаллизации конечного продукта за счет разрушения структуры декстрана; предотвратить засорение фильтров и вентилей трубопровода;
облегчить сепарирование на центрифуге;
экономить энергетические и временные затраты;
улучшить характеристики патоки.
Дистрибьютер -ООО «Волгоградское производственное объединение «Волгохимнефть» Тел.: +7 (84477) 6-91-46,6-91-52 e-mail:[email protected] www.vhn.ru
вой свёклы и вынос азота растениями / В.Г. Минеев, В.П. Шабаев, О.С. Сафрина, В.Ю. Смолин // Доклады ВАСХНИЛ. - 1991. -№ 9 - С. 27-31.
6. Орловский, Н.И. Новый метод учёта листовой поверхности растений при массовых исследованиях / Н.И. Орловский // Селекция и семеноводство. - 1948. - № 6. -С. 21-24.
7. Рубин, Б.А. Физиология сельскохозяйственных растений. В 12 т. Т. 7. / Б.А. Рубин. - М. : Изд-во Московского университета, 1986. - 426 с.
8. Рябчинская, Т.А. Преодоление пестицидного стресса с помощью полифункционального препарата Альбит / Т.А. Рябчинская, Г.Л. Харченко, Н.А. Саранцева, И.Ю. Бобрешова и др. // Сахарная свёкла. - 2012. - № 5. - С. 23-28.
9. Шабаев, В.П. Оптимизация минерального питания корнеплодных культур и сахарной свёклы инокуляцией стимулирую-
щими рост растений ризосфер-ными бактериями /В.П. Шабаев // Агрохимия. - 2012. - № 2. -С. 12-24.
Аннотация. В полевом опыте установлено, что внесение в агроценоз сахарной свёклы штаммов бактерий рода P. fluorescens 116 и Pseudomonas sp. 110. выделенных из ризосферы и ризопланы этой культуры и способных фиксировать азот, оказывает положительное влияние на массу 100 растений, снижает степень распространения корнееда и увеличивает содержание сухого вещества в растениях. Выявлено положительное влияние внесённых штаммов псевдомонад на повышение коэффициента продуктивности фотосинтеза сахарной свёклы и урожайность корнеплодов.
Ключевые слова: бактерии рода Pseudomonas, сахарная свёкла, коэффициент продуктивности фотосинтеза, урожайность.
Summary. In field experiment, it has been determined that introduction of the P. fluorescens 116 and Pseudomonas sp. 110 genus bacteria isolated from sugar beet rhizoplane and rhizosphere and able to fix nitrogen into this crop agrocenosis influences positively upon the mass of 100 plants, reduces a degree of black leg spreading and increases dry material content in plants. Positive effect of the introduced pseudomonad strains on increase of sugar beet photosynthesis productivity coefficient and yield of beet roots has been revealed.
Keywords: bacteria of the Pseudomonas genus, sugar beet, photosynthesis productivity coefficient, yield.
№ 5 • 2017 САХАР 23
СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВЕГЕТАЦИЕЙ САХАРНОЙ СВЕКЛЫ: эффективные ХСЗР, [3] ЩЕЛКОВО
W агрохимикаты, высококачественные семена, полный цикл агросопровождения АГРОХИМ
controlled vegetation system WWW. beta ГЁ П. Ш
