The influence of microbiological drugs and 'NanoKremniy' on the growth and mycorhization of field peas
The influence of microbiological drugs and 'NanoKremniy' on the growth and mycorhization of field peas
Abstract
The influence of treating pea seeds (Voronezhsky Zeleny variety) with a drug of endophytic Bacillus subtilis 26D bacteria, as well as with 'NanoKremniy' and 'Bionex-1' fertilisers (individually and in combination) on plant root growth and mycorhization was studied. It was shown that the strongest growth-stimulating effect was observed when the bacterial drug was used individually in comparison with others. However, the bacilli had a weak inhibitory effect on the development of mycorrhizal infection in the roots. This negative effect of bacteria was reduced when seeds were treated with 'NanoKremniy' and 'Bionex-1' fertilisers. The least effect on plant growth stimulation was observed when using 'NanoKremniy', while treating seeds with it promoted the formation of mycorhiza.
1. Введение
Микробиологические препараты, в том числе на основе эндофитных бактерий, широко используются в растениеводстве для стимуляции роста, повышения устойчивости и урожайности сельскохозяйственных культур. К таким средствам относятся, например, Фитоспорин-М, Фитобактерин, Споробактерин и др. Ростстимулирующие бактерии, входящие в состав подобных препаратов, улучшают минеральное питание, повышают устойчивость растений к фитопатогенам и действию неблагоприятных факторов среды. Так, указанные и другие хозяйственно-полезные свойства эндофитного штамма Bacillus subtilis 26Д — основы препаратов Фитоспорин-М, Фитоспорин-АС показаны в ряде работ , , .
Эффект действия эндофитных бактерий может быть усилен обработкой растений стимуляторами роста и применением удобрений , . Особый интерес вызывает повышение эффективности функционирования растительно-микробных систем с использованием суспензий наночастиц металлов и других элементов. Одним из таких элементов является кремний благодаря высокой биологической активности и уникальным физико-химическим параметрам, перспективным для разработки препаратов на основе его наночастиц . Рядом авторов показано положительное влияние наночастиц кремния на рост и продуктивность сельскохозяйственных растений , , . Однако до конца неясным остается вопрос о влиянии нанокремния (НК) на другие компоненты агроэкосистем, в частности, микроорганизмы, находящиеся в симбиотических отношениях с растением (эндофитные бактерии, микоризные грибы и др.), от которых в значительной степени зависят рост и урожайность культур. Кроме того, в научной литературе имеется немало свидетельств отрицательного эффекта наночастиц на рост растений . При этом не исключено, что при совместном действии различных ростстимулирующих агентов — препаратов наночастиц, эндофитов, а также удобрений, эффект может быть непредсказуем.
В связи с этим целью данной работы явилось исследование совместного влияния препарата эндофитных бактерий B. subtilis 26Д, органического удобрения «Бионекс-1» (ООО НВП «БашИНком», Россия) и препарата «НаноКремний» (ООО «НаноКремний», Россия) на рост растений и микоризацию корней гороха посевного. Были поставлены следующие задачи:
1) оценить влияние обработки растений гороха препаратом спор Bacillus subtilis 26Д, а также удобрениями «НаноКремний» и «Бионекс-1» (индивидуально и в комбинации) на биомассу побегов и корней растений;
2) исследовать влияние обработки растений препаратами (индивидуально и в комбинации) на показатели микоризации корней гороха.
2. Материалы и методы исследования
Объектами исследования служили растения гороха посевного (Pisum sativum L., сорт Воронежский зеленый). Семена перед посадкой калибровали. Для обработки семян использовали препарат «НаноКремний» (ООО «НаноКремний», Россия), препарат суспензии спор B. subtilis 26Д (ВНИИСХМ №128) или баковую смесь препарата «НаноКремний» (НК) и спор бактерий. 1 г семян обрабатывали 20 мкл суспензии бактерий в концентрации 108 КОЕ/мл (1 л/т). Препарат «НаноКремний» использовали согласно инструкции, на 1 тонну семян 400 г препарата разводили в 10 л воды. Семена контрольных растений обрабатывали дистиллированной водой. Затем производили посев семян на опытном участке (Стерлитамакский район, климат умеренно-континентальный, чернозем выщелоченный, содержание гумуса 10–15%. Обеспеченность калием и фосфором — средняя) по 75 штук на участках 1х1 м2 на глубину 6–7 см. Исследования проводили в июне–июле 2024 года. Период исследования характеризовался средним количеством осадков (130–132 мм) и высокой температурой воздуха в дневное время (до 35°С).
В контрольных вариантах семена высевали в почву без внесения удобрений. На опытные делянки органическое удобрение «Бионекс-1» (ООО НВП «БашИнком», содержание азота 1–2,5%, фосфора — 2,5–5%, калия — 0,5–1,5%; органическое вещество — не менее 10%) вносили 2 раза в течение эксперимента в виде растворов согласно инструкции производителя. Экспериментальные делянки располагали рандомизировано. В фазе начала созревания семян растения вместе с корневой системой осторожно вынимали из почвы. Побеги отделяли от корней, взвешивали. Корневую систему промывали в проточной воде, окрашивали для гистохимического анализа и количественного учета везикулярно-арбускулярной микоризы (ВАМ) по методу Трувело и др. Корни обрабатывали 10%-ным раствором КОН, промывали 2%-ным раствором НСl, окрашивали трипановым синим. С помощью световой микроскопии оценивали частоту встречаемости микоризы в корнях гороха. Частота (F%), интенсивность колонизации микоризы (M%) и изобилие арбускул (А%) в корневой системе были рассчитаны с помощью компьютерной программы «Mycocalc» .
Эксперименты проводили в трех биологических и трех аналитических повторностях. Статистическую обработку результатов осуществляли с помощью стандартных программ пакета Microsoft. В таблицах приведены средние значения повторностей и стандартное отклонение.
3. Результаты и обсуждение
Обработка растений препаратами как индивидуально, так и при их комбинации, стимулировала рост надземной части и корней растений. При обработке каждым препаратом в отдельности наиболее сильный ростстимулирующий эффект наблюдался при использовании эндофитной бактерии B. subtilis 26Д. Надземная биомасса растений, полученных из семян, обработанных спорами эндофита, была больше в сравнении с контрольными (не обработанными никаким из препаратов) на 67%, корней — на 97% (табл. 1).
Таблица 1 - Средние значения массы растения гороха посевного
Вариант опыта | Надземная часть, г | Корни, г |
Контроль | 21,42±1,79 | 4,31±0,22 |
НаноКремний | 31,50±3,27 | 6,43±0,18 |
B.subtilis 26Д | 57,15±2,54 | 8,50±0,74 |
Бионекс | 37,56±1,60 | 6,99±0,17 |
НаноКремний +B.subtilis 26Д | 38,85±2,52 | 7,15±0,36 |
Бионекс + НаноКремний | 32,67±2,56 | 7,05±0,58 |
Бионекс + B. subtilis 26Д | 60,87±2,98 | 8,15±0,79 |
Бионекс + B. subtilis 26Д + НаноКремний | 53,73±2,17 | 8,00±0,25 |
Обработка семян спорами бактерии с последующей обработкой вегетирующих растений гороха позволила получить максимальную массу надземной части в сравнении со всеми другими вариантами применения препаратов. Этот показатель был больше в сравнении с растениями контрольного варианта (без обработок), у побегов — в 2,84 раза, у корней — в 1,89 раз.
Полученные нами данные хорошо согласуются с имеющимися в научной литературе. Известно, что «Бионекс-1» содержит не только такие макроэлементы, как азот, фосфор, калий, но и гумусовые вещества и клетки бактерии B. subtilis 26Д. Такое сочетание биоагентов усиливает действие друг друга. Следует отметить, что во всех вариантах опыта, где растения были обработаны бациллами, как чистой культурой, так и в комбинации с другими изучавшимися препаратами, указанные морфометрические показатели были максимальными в сравнении с использованием только препаратов НК или «Бионекс-1». Такой эффект объясняется тем, что эндофитные бактерии B. subtilis 26Д стимулируют рост растений, улучшая их минеральное питание, повышая уровень фитогормонов и других рострегулирующих веществ в тканях. Кроме того, они препятствуют развитию фитопатогенов, вырабатывая антибиотики, литические ферменты, переводя питательные вещества в недоступные для патогенов формы , .
Обработка растений препаратами в большинстве вариантов опыта способствовала увеличению степени микоризации корней гороха. Так, частота микоризной инфекции (F%) в корневой системе гороха наиболее значительно увеличилась при использовании препаратов НК и «Бионекс», и при их комбинации друг с другом, на 7,6%, 5,9% и 10,5% соответственно, по сравнению с контролем (растения без обработки препаратами). При обработке растений только препаратом спор бацилл наблюдали тенденцию к снижению частоты микоризации. Однако, показатели интенсивности микоризации (M%) корней и обилия арбускул (А%) в тканях корня растений в этом варианте опыта были больше в сравнении с контрольными растениями, необработанными препаратами (табл. 2).
Таблица 2 - Показатели микоризации корней гороха при обработке семян и растений различными препаратами и их комбинациями
Вариант опыта | Показатели микоризации | ||
F% | M% | A% | |
Контроль | 79,72±1,45 | 10,41±0,69 | 0,10±0,07 |
НаноКремний | 85,81±1,36 | 19,29±1,15 | 1,41±0,01 |
B. subtilis 26Д | 77,44±1,46 | 16,15±0,73 | 0,36±0,03 |
Бионекс | 84,42±1,33 | 13,30±1,05 | 0,41±0,02 |
НаноКремний +B. subtilis 26Д | 79,00±1,09 | 15,92±1,30 | 0,17±0,06 |
Бионекс + НаноКремний | 88,06±1,31 | 22,68±1,16 | 0,62±0,01 |
Бионекс + B. subtilis 26Д | 86,67±1,16 | 22,36±1,05 | 0,73±0,07 |
Бионекс + B. subtilis 26Д + ‹‹НаноКремний›› | 86,85±1,75 | 17,24±1,38 | 1,09±0,13 |
Подобное уменьшение частоты микоризации корней растений при обработке семян препаратом спор и клеток эндофита B. subtilis 26Д были получены ранее нами и другими авторами
. Предполагается, что мобилизация фосфатов бактериальными метаболитами снижает конкурентоспособность эндомикоризных грибов. Кроме того, бациллы продуцирую различные соединения с фунгицидным действием, что может также сказываться на развитии ВАМ.При обработке растений препаратом НК, как индивидуально, так и в комбинации с другими, наблюдали статистически достоверное увеличение показателей микоризации корней гороха. Известно, что эффективность микоризной инфекции увеличивается после обработки растений кремнием, что связано с более высокой концентрацией этого элемента в микоризных грибах, ассоциированных с растениями
. Кремний и микоризные грибы действуют синергически, улучшая рост растений и их биохимические параметры.Заметное увеличение показателей микоризации корней гороха наблюдали во всех вариантах опыта с применением удобрения «Бионекс-1», несмотря на наличие в составе данного препарата бактерий B. subtilis 26Д. Вероятно, внесение в почву дополнительного количества органических соединений с удобрением смягчало конкурентные взаимоотношения между микоризными грибами и эндофитными бактериями.
4. Заключение
Полученные данные демонстрируют, что дополнительное применение препарата «Бионекс-1» после обработки семян гороха спорами эндофита B. subtilis 26Д не оказывает существенного влияния на формирование биомассы как надземной части, так и корней растений. Несмотря на значительную стимуляцию роста растений гороха бактерией B. subtilis 26Д, эндофит оказывал слабое угнетающее действие на развитие микоризной инфекции в корнях. Такой негативный эффект уменьшался обработкой семян в комбинации с препаратами «НаноКремний» и «Бионекс-1». Наименьший эффект стимуляции роста растений наблюдался при использовании препарата «НаноКремний», при этом обработка им семян способствовала стимуляции формирования микоризы.
Таким образом, для достижения наилучших результатов при выращивании гороха и других сельскохозяйственных культур, для которых важно развитие микоризного симбиоза, рекомендуется комбинировать обработку семян бактерией B. subtilis 26Д с препаратами «НаноКремний» и «Бионекс-1». Это позволит не только стимулировать рост растений, но и уменьшить негативное влияние эндофита на развитие микоризы.
Полученные в исследовании данные открывают перспективы для дальнейших исследований в области агробиотехнологий и симбиотических взаимодействий растений с микроорганизмами. Необходимо дальнейшее изучение молекулярных и биохимических механизмов действия препаратов, особенно на основе нанокремния, на эндофитные бактерии и микоризные грибы.