IMPACT ASSESSMENT OF BACTERIAS OF BACILLUS AND PSEUDOMONAS GENUS ON SOY PRODUCTIVITY

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ БАКТЕРИЙ РОДОВ BACILLUS И PSEUDOMONAS НА ПРОДУКТИВНОСТЬ СОИ

Научная статья

Сырмолот О.В.^1, *, Кочева Н.С.²

¹ ORCID: 0000-0002-8318-1382;

² ORCID:0000-0002-0028-8257;

¹ ФГБНУ «Дальневосточный научно-исследовательский институт защиты растений»,

Камень-Рыболов, Россия

² ФГБНУ «ФНЦ агробиотехнологий Дальнего Востока им. А.К. Чайки», Тимирязевский, Россия

* Корреспондирующий автор (biometod[at]rambler.ru)

Аннотация

Испытывали опытные образцы на основе штаммов ризосферных бактерий Bacillus subtilis: BZR 336g, BZR 517 и Pseudomonas sp. -BZR 245-F. Биологический препарат Экстрасол был взят в качестве эталона. Исследования проводили в полевых опытах на посевах сои сорта Приморская 13. В результате работы было отмечено положительное влияние лабораторных образцов на морфометрические показатели растений сои. Штаммы бактерий в разных комбинациях сдерживали развитие корневой гнили. В фазу налива бобов образцы препаратов снижали развитие заболевания по сравнению с контролем на 8,5-17,4%. При использовании образцов препаратов масса 1000 семян достоверно увеличивалась на 10,2 – 33,4% по сравнению с контролем. Наиболее крупное зерно соя формировала при обработке семян и опрыскивании растений BZR 517 – 225,8 г (в контроле масса 1000 семян в среднем составила 169,2 г). При этом урожайность сои по вариантам опыта составила от 2,8(опрыскивание растений BZR 336g) до 3,6 т/га (комплексная обработка BZR 517), в контроле 2,6 т/га. Проведенные испытания доказывают перспективность новых биоагентов в качестве экологически безопасных средств защиты растений.

Ключевые слова: соя, штаммы бактерий, Экстрасол, корневые гнили, интенсивность развития болезни, биологическая эффективность, урожайность.

IMPACT ASSESSMENT OF BACTERIAS OF BACILLUS AND PSEUDOMONAS GENUS ON SOY PRODUCTIVITY

Research article

Syrmolot O.V.^1, *, Kocheva N.S.²

¹ ORCID: 0000-0002-8318-1382;

² ORCID: 0000-0002-0028-8257;

¹ Federal State Budgetary Scientific Institution “Far Eastern Research Institute of Plant Protection”,

Kamen-Rybolov, Russia

² Federal State Budgetary Scientific Institution “Federal Research Centre for Agrobiotechnologies of the Far East named after A.K. Chaika,” Timiryazevsky, Russia

* Corresponding author (biometod[at]rambler.ru)

Abstract

Experimental samples based on strains of rhizospheric bacteria Bacillus subtilis: BZR 336g, BZR 517 and Pseudomonas sp. - BZR 245-F. The biological preparation of Extrasol was taken as a reference. The studies were carried out in field experiments on crops of soybean variety Primorskaya 13. As a result of the work, positive effect of laboratory samples on the morphometric parameters of soybean plants was noted. Bacterial strains in different combinations restrained the development of root rot. In the bean filling phase, drug samples reduced the development of the disease compared to the control by 8.5-17.4%. When using samples of drugs, the mass of 1000 seeds increased by 10.2 - 33.4% compared with the control group. The largest soybean grain formed during seed treatment and spraying plants of BZR 517 - 225.8 g (in control, the weight of 1000 seeds averaged 169.2 g). In this case, the soybean yield according to the experimental variants ranged from 2.8 (spraying plants BZR 336g) to 3.6 t/ha (complex treatment BZR 517), 2.6 t/ha in the control. The tests carried out within the work prove the viability of new bioagents as environmentally friendly plant protection products.

Keywords: soybeans, bacterial strains, Extrasol, root rot, intensity of disease development, biological effectiveness, productivity of land.

Введение

Современная стратегия предполагает применение биологических средств защиты растений, способствующих снижению химической нагрузки на агроценозы. Но, несмотря на современную тенденцию развития экологически безопасного земледелия, защита растений преимущественно основана на использовании химических пестицидов. Эти средства высокоэффективны, но имеют ряд недостатков: накопление токсичных остатков в окружающей среде, отсутствие избирательности действия, формирование устойчивых рас патогенов [1].

По сравнению с химическими аналогами микробные биопрепараты обладают рядом преимуществ: высокая эффективность при правильном применении, избирательность действия в отношении широкого спектра патогенов, экологическая безопасность [2], [3].

Эффективность использования в практике растениеводства биологических и, в частности, микробиологических объектов для защиты растений от фитопатогенов исследуется около 70 лет [4]. Целесообразным оказалось применение биопрепаратов, обладающих не только фунгицидным, но и рострегулирующим и иммунизирующим эффектами. Применение бактофита и иммуноцитофита в условиях Западной Сибири для обработки семян и вегетирующих растений сои ускоряло всходы на 2-3 дня; оказывало положительное влияние на рост растений; стимулировало рост клубеньковых бактерий; сдерживало развитие фитопатогенных организмов, что обеспечило стабильную прибавку урожая сои на уровне 0,5-0,6 т/га [5]. В полевых опытах ВНИИ сои (Тамбовский район, с. Садовое) установлено, что биологические препараты – гамаир, планриз, алирин, витаплан, трихоцин, способствовали высокой лабораторной всхожести (95%), снижали развитие болезней и, как следствие, обеспечили прибавку урожая на 20,7% [6].Сотрудниками лаборатории микробиологических средств защиты растений ФГБНУ ВНИИБЗР были отобраны штаммы бактерий р. Bacillus для защиты озимой пшеницы от фузариоза. Лабораторные образцы биопрепаратов на основе штаммов B. subtillis BZR 336 g и B. subtillis BZR 517 обеспечивали эффективную защиту семян и проростков озимой пшеницы, одновременно оказывая стимулирующее действие на растения озимой пшеницы. Было отмечено общее положительное влияние образцов на рост и развитие растений, что делает штаммы B. subtillis BZR 336 g и B. subtillis BZR 517 перспективными для использования в сельскохозяйственной практике [7].

Именно поэтому в настоящее время особенно актуальны научные исследования, направленные на оценку влияния биопрепаратов на рост и развитие растений из числа наиболее значимых сельскохозяйственных культур. В числе таких культур находится соя, интерес к технологиям возделывания которой повышается с каждым годом благодаря возрастающему спросу на высокобелковое сырье [8]. Кроме того, использование таких биологических препаратов улучшает адаптивные свойства сельскохозяйственных культур [9].

Цель исследования – определение влияния обработки семян и растений опытными образцами биопрепаратов на основе ассоциативных азотфиксирующих микроорганизмов на продуктивность и урожайность сои.

Материалы и методы

Исследования проводились на опытных полях отдела семеноводства ФГБНУ «Федеральный научный центр агробиотехнологий Дальнего Востока им. А.К. Чайки» в 2014-2016 гг. на посевах сои сорта Приморская 13. Полевые опыты закладывали по методике Б.А. Доспехова. Площадь делянок 10,8 м², расположение рендомизированное, повторность 4-кратная. Агротехника возделывания сои в опыте была общепринятой для Приморского края [10]. Учеты и наблюдения проводили в соответствии с методическими рекомендациями [11]. Статистический анализ экспериментальных данных осуществляли дисперсионным анализом [12].

Объектами исследований служили опытные образцы биопрепаратов на основе штаммов ризосферных бактерий Bacillus subtilis (BZR 336g, BZR 517) и Pseudomonas sp. (BZR 245-F), созданные во Всероссийском НИИ биологической защиты растений (г. Краснодар). Препараты на основе бациллярных штаммов представляют собой жидкую культуру, содержащую клетки и споры, а препарат на основе псевдомонады - жидкую культуру с бактериальными клетками. Титр каждого опытного образца составляет не менее 1 млрд/мл. В качестве стандарта был взят биологический препарат Экстрасол (д.в. Bacillus subtilis, штамм Ч-13, 100 млн/г). Данные бактерии обладают комплексом полезных свойств. Это – способность синтезировать в процессе своего роста вещества, подавляющие развитие фитопатогенных грибов и бактерий, стимулирующие рост растений [13]. Способы их применения: предпосевная обработка семян; опрыскивание в период вегетации; предпосевная обработка семян + опрыскивание в период вегетации. Экстрасол применялся только при обработке семян. Обработка препаратами проводилась непосредственно перед посевом.

Результаты и обсуждение

Погодные условия в годы проведения исследований были контрастными. Так, 2014 г., в наибольшей степени отвечал биологическим требованиям сои и был оптимальным для роста и развития. Метеорологические условия 2015 г. были неблагоприятными для культуры. Температурный режим по месяцам превышал среднюю многолетнюю на 0,8-1,2º С, а осадков больше на 4,2-23,0 мм. В конце августа отмечено выпадение сильных ливневых осадков, количество которых составило 226,7 мм. По температурному режиму и количеству осадков 2016 г. был средним.

Результаты морфометрического анализа подтверждают положительное влияние лабораторных образцов биопрепаратов на показатели продуктивного потенциала.

Исходя из данных табл. 1, в среднем за три года высота растений по сравнению с контролем (29,1 см) увеличилась на 3,0-11,6 см, максимально – при опрыскивании растений штаммами BZR 336 g (40,7 см) и BZR 245-F (40,2 см). Количество листьев превысило контрольный вариант на 4,1 (обработка семян и опрыскивание растений BZR 517) -4,9% (обработка семян BZR 245-F). Отмечено увеличение длины корня на 12,5% в варианте с обработкой семян и опрыскиванием вегетирующих растений BZR 336g и на 12,6% (комплексная обработка BZR 517). Штаммы препаратов способствовали увеличению числа клубеньков на растениях сои. По сравнению с контрольным вариантом (63 шт.), образцы биопрепаратов увеличивают образование азотфиксирующих клубеньков корневой системы сои на 9,8-38,4%. Как показывают данные исследований, самое большое количество клубеньков наблюдалось в вариантах при комплексном применении препаратов. Экстрасол повлиял только на длину корня и количество клубеньков, но существенных различий между опытными образцами (обработка семян + опрыскивание по вегетации) и стандартным препаратом не отмечено

 

Таблица 1 – Влияние опытных образцов биопрепаратов на морфометрические показатели растений сои в фазу цветения (среднее за 2014-2016 гг.)

Для выявления фитосанитарного действия штаммов в течение вегетационного периода проведен анализ растений на развитие корневой гнили (см. таблицу 2). Первое обследование на пораженность растений сои возбудителями корневой гнили проводили в фазе полных всходов, второе в фазу начала цветения и третье - фаза налива бобов. Образцы препаратов во всех комбинациях эффективно снижали развитие болезни. Так, степень развития данной болезни в фазу полных всходов в исследуемых вариантах достоверно снижалась на 6,5-17,0% в сравнении с контролем (31,6%). В фазу цветения развитие болезни стало увеличиваться, но было меньше чем в контроле на 3-18,4%. В фазу налива бобов образцы препаратов снижали развитие заболевания по сравнению с контролем на 8,5-17,4%.

Таким образом, по биологической эффективности биопрепараты существенно не отличались друг от друга, и в среднем этот показатель варьировал от 20,5 до 53,7% в фазе полных всходов, от 5,2-29,0% в фазе цветения, и от 11,9 до 24,4% в фазе налива бобов. Обработка семян Экстрасолом (эталон) показала себя на уровне с образцами препаратов.

 

Таблица 2 – Действие образцов препаратов на развитие корневых гнилей сои (среднее за 2014-2016 гг.)

Основным показателем, характеризующим эффективность продукционных процессов растений, является урожай культуры. В среднем за три года наиболее высокая урожайность (3,6 т/га) была получена при применении штамма BZR 517 (обработка в комплексе) и была на уровне стандартного препарата Экстрасол (3,6 т/га). Прибавка при этом составила +1,0 т/га (см. таблицу 3).

Во всех вариантах опытных образцов биопрепаратов отмечено достоверное увеличение массы 1000 семян на 17,3- 56,6 г в сравнении с контролем. Максимальной (225,8 г) масса 1000 семян была в варианте с объединением предпосевной обработки семян и опрыскиванием вегетирующих растений BZR 517.

 

Таблица 3 – Влияние лабораторных образцов биопрепаратов на урожайность сои (среднее за 2014-2016 гг.)

Выводы

Проведенные исследования в условиях Приморского края подтверждают перспективность использования опытных штаммов биопрепаратов, как для обработки семян, так и при комплексном применении. Препараты сдерживают развитие корневых гнилей в течение вегетации и существенно повышают урожайность семян сои. При этом штаммы бактерий BZR 336g, BZR 517 и BZR 245-F, по ряду показателей (биологическая, хозяйственная эффективности) были на уровне стандарта (Экстрасол). Также, обработка семян сои и вегетирующих растений, снижала стрессовое влияние негативных факторов и способствовала формированию высокого урожая сои и массы 1000 семян.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Теблоева А.Х. Минеральное питание и продуктивность сои в предгорной зоне Республики Северная Осетия – Алания в системе почва – удобрение - сорт: автореф дис. канд.с.-х наук / А.Х. Теблоева. – Нальчик, 1999. – 21 с.
2. Азибекян Р.Р. Использование спорообразующих бактерий в качестве биологических средств защиты растений / Р.Р. Азибекян // Биотехнология. – 2013. – № 1(29). – С.69-77.
3. Максимов И.В. Стимулирующие рост растений бактерии в регуляции устойчивости растений к стрессовым факторам / И.В. Максимов, С. В. Веселова, Т.В. Нужная и др. // Физиология растений. – 2015. – № 62(6). – С. 763-775.
4. Боронин А.М. Ризосферные бактерии рода Pseudomonas, способствующие росту и развитию растений / А.М. Боронин // Соросовский образовательный журнал. – 1998. – № 10. – С. 25-31.
5. Томилова О.Г. Биопрепараты для защиты сои от болезней / О.Г. Томилова, А.С. Коробейников, М.В. Штерншис // Защита и карантин растений. – 2009. – № 11. – С. 33-34.
6. Новосадов И.Н. Эффективность протравителей на сое в Приамурье / И.Н. Новосадов, А.Н. Дубровин, О.С. Душко // Защита и карантин растений. – 2017. – № 4. – С. 18-19.
7. Асатурова А.М. Эффективность инокуляции семян озимой пшеницы бактериями рода Bacillus перспективными для создания биопрепаратов / А.М. Асатурова, Н.А. Жевнова, М.Д. Павлова и др. // Зерновое хозяйство России. – 2019. – № 2 (62). – С. 8-12.
8. Пожарский В.Г. Биотехнологии – платформа будущего / В.Г. Пожарский, И.Н. Боканча // Защита и карантин растений. – 2016. – № 8. – С. 28-29.
9. Байделюк Е.С. Применение биопрепаратов на основе азотфиксирующих бактерий для повышения продуктивности сои и томатов / Е.С. Байделюк, О.В. Сырмолот // Земледелие. – 2015. – №5. – С. 23-24.
10. Система ведения агропромышленного производства Приморского края; под ред. А.К. Чайка // РАСХН. Примор. НИИСХ. – Новосибирск, 2001. – 364 с.
11. James ,B. Sinclair. Compendium of Soybean Diseases. St. Paul, Min. – 1982. – 104 р.
12. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований): учебники и учеб. пособия для высш. учеб. заведений / Б.А. Доспехов. – 5-е изд., доп. и перераб. – М.: Агропромиздат, 1985. – 351 с.
13. Сырмолот О.В. Экстрасол и продуктивность сои в Приморском крае / О. В. Сырмолот // Земледелие. – 2013. – № 3. – С.47-48.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Tebloeva A.Kh. Mineral'noe pitanie i produktivnost' soi v predgornoj zone Respubliki Severnaya Osetiya – Alaniya v sisteme pochva- udobrenie- sort [Mineral nutrition and soybean productivity in the foothill zone of the Republic of North Ossetia - Alania in the soil-fertilizer-grade system]: abstract of thesi . Candidate of Agricultural Sciences / A.Kh. Tebloeva. - Nalchik: 1999. – 21 p. [in Russian]
2. Azizbekyan R.R. Ispol'zovanie sporoobrazuyushchih bakterij v kachestve biologicheskih sredstv zashchity rastenij [The use of spore-forming bacteria as biological plant protection products] / R.R. Azizbekyan // Biotekhnologiya [Biotechnology]. – 2013. – № 1 (29). – P. 69-77. [in Russian]
3. Maksimov I.V. Stimuliruyushchie rost rastenij bakterii v regulyacii ustojchivosti rastenij k stressovym faktoram [Bacteria stimulating plant growth in the regulation of plant resistance to stress factors] / I.V Maksimov, S.V Veselova, T.V. Nuzhnaya and others // Fiziologiya rastenij [Plant Physiology]. – 2015. – № 62 (6). – P. 763-775. [in Russian]
4. Boronin A.M. Rizosfernye bakterii roda Pseudomonas, sposobstvuyushchie rostu i razvitiyu rastenij [Rhizospheric bacteria of the genus Pseudomonas, contributing to the growth and development of plants] / A.M. Boronin // Sorosovskij obrazovatel'nyj zhurnal [Soros Educational Journal] – 1998. – № 10. – P. 25-31. [in Russian]
5. Tomilova O. G. Biopreparaty dlya zashchity soi ot bolezney [Biological products to protect soybeans from diseases] / O. G. Tomilova., A.S. Korobejnikov., M.V. Shternshis // Zashchita i karantin rastenij [Plant Protection and Quarantine]. – 2009. – № 11. – P. 33-34. [in Russian]
6. Novosadov I.N. Effektivnost’ protraviteley na soye v Priamur’ye [The effectiveness of dressing in soybeans in the Priamurye] / I.N. Novosadov., A.N. Dubrovin., O.S. Dusko // Zashchita i karantin rastenij [Plant Protection and Quarantine]. – 2017. – № 4. – P. 18-19. [in Russian]
7. Asaturova A.M. Effektivnost’ inokulyatsii semyan ozimoy pshenitsy bakteriyami roda bacillus perspektivnymi dlya sozdaniya biopreparatov [Efficiency of winter wheat seed inoculation by the bacillus bacteria promising for the development of bio medicines] / A.M. Asaturova., N.A. Zhevnova., M.D. Pavlova and others // Zernovoe hozajstvo rossii [Grain economy of Russia]. – 2019. – № 2 (62). – P. 8-12. [in Russian]
8. Pozharsky V.G. Biotekhnologii – platforma budushchego [Biotechnology - the platform of the future] / V.G Pozharsky., I.N. Bokancha // Zashchita i karantin rastenij [Plant Protection and Quarantine]. – 2016. – № 8. – P. 28-29. [in Russian]
9. Baidelyuk E.S. Primenenie biopreparatov na osnove azotfiksiruyushchih bakterij dlya povysheniya produktivnosti soi i tomatov [The use of biological products based on nitrogen-fixing bacteria to increase the productivity of soy and tomatoes]/ E.S. Baidelyuk., O.V. Syrmolot // Zemledelie [Zemledelie]. – 2015. – № 5. – P. 23-24. [in Russian]
10. Sistema vedeniya agropromy`shlennogo proizvodstva Primorskogo kraya [The system of agricultural production of the Primorsky Territory]; under the editorship of A.K. Seagull // RAAS. Primor. NIISH. – Novosibirsk, 2001. – 364 p. [in Russian]
11. James, B. Sinclair. Compendium of Soybean Diseases // Published by The American Phytopathological Society, 1982. – 104 p.
12. Dospekhov B.A. Metodika polevogo opyta (s osnovami statisticheskoy obrabotki rezul'tatov issledovaniy) [Methodology of field experience (with the basics of statistical processing of research results): textbooks and textbooks. benefits for higher education. training. institutions] / Dospekhov B.A. –5-th edition., suppl. and revised – M.: Agropromizdat, 1985. – 351 р. [in Russian]
13. Syrmolot O.V. Ekstrasol i produktivnost' soi v Primorskom krae [Extrasol and soybean productivity in the Primorsky Territory] / O.V. Syrmolot // Zemledelie [Zemledelie]. – 2013. – № 3. – P. 47-48. [in Russian]