Отправить статью по E-mail Особенности действия бактерий bacillus subtilis № 2 и гуминового препарата на плодообразование перца сладкого
- Авторы: Пищик В.Н.1,2, Воробьёв Н.И.2, Удалова О.Р.1, Сурин В.Г.3, Хомяков Ю.В.1, Попов А.А.2
-
Учреждения:
- Агрофизический научно-исследовательский институт
- Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии
- Центр междисциплинарных исследований по проблемам окружающей среды
- Выпуск: № 3 (2019)
- Страницы: 22-27
- Раздел: Растениеводство
- URL: https://journals.eco-vector.com/2500-2627/article/view/14289
- DOI: https://doi.org/10.31857/S2500-26272019322-27
- ID: 14289
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Исследовали эффективность действия бактерий Bacillus subtilis № 2 отдельно и в технологии совместного применения с гуминовым препаратом Стимулайф на урожайность и формирование плодов сладкого перца Capsicum annuum. Установлено, что применение этих бактерий приводит к уменьшению коэффициента вариации массы листьев и плодов растений. С помощью граф-анализа выявлена максимальная направленность действия изучаемых препаратов: бактерий – на увеличение количества листьев, Стимулайфа – на сокращение вегетационного периода растений, бактерий + Стимулайфа – на повышение количества плодов на одном растении. Методом факторного анализа показано, что при совместном применении Bacillus subtilis № 2 и гуминового препарата возникает негативный синергетический эффект в отношении содержания суммы хлорофиллов (а+b) и продолжительности вегетационного периода. Выявлены сортовые различия в реакциях растений перца на применяемые препараты. Сделан вывод о том, что наряду с непосредственным действием гуминового препарата на растения, его физиологическая активность также может проявляться опосредовано, через активацию синтеза ауксинов PGPR бактериями, находящимися в ассоциативных отношениях с растениями.
Полный текст
Интерес к применению биологических препаратов на основе стимулирующих рост растений бактерий (PGPR) в растениеводстве связан с возможностью повышения эффективности минерального питания растений и сокращения доз минеральных удобрений [1], а также с защитой культур от патогенов [2]. В связи с положительным действием PGPR на урожайность возрастают масштабы их использования в сельском хозяйстве различных стран мира [3-5]. Для повышения эффективности PGPR в последнее время ученые предложили применять их совместно с гуминовым препаратом [5], однако, механизм такого действия на растения изучен недостаточно.
Задачей исследования было изучение механизмов действия PGPR и гуминового препарата на растения при совместном применении для разработки экологически безопасной агротехнологии интенсивного выращивания растений.
Методика. Гуминовый препарат Стимулайф – продукт переработки торфа и природный стимулятор роста растений [6]. Он содержит 70-80% гуминовых кислот, 1-2% сухого вещества, 12% общего N, 47% C, 3,5% H, 25-27% O, 0,3%, P2O5, 0,25% K2O, а также ауксины в концентрации 4 мг/л. PGPR-бактерии Bacillus subtilis №2 способны продуцировать до 15 мг ауксинов /л среды при росте на микробиологических средах с 0,2%-ным триптофаном, обладают цитокининовой активностью.
Вегетационные эксперименты с растениями перца сладкого (Capsicum annunm L.) сортов Ермак и Золушка из коллекции ФИЦ Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова проводили в условиях интенсивной светокультуры [7]. В качестве источников света использовали натриевые лампы высокого давления ДНаЗ-400. Интенсивность света в области ФАР составляла 100±10 Вт/м2, продолжительность светового периода – 12 ч/ сутки первые две недели после появления всходов, затем 14 ч/сутки. Температуру воздуха поддерживали в соответствии с биологическими требованиями культур: в период прорастания семян – 25-26°С, затем 24-26°С днем, 18-20°С – ночью. Относительная влажность воздуха составляла 60-70%. Растения выращивали в металлических сосудах объемом 3 л. В качестве корнеобитаемой среды применяли субстрат агрофит, разработанный в Агрофизическом НИИ [8] на основе верхового торфа низкой степени разложения с минеральными добавками, нейтрализованного до рH 6,2-6,4. На 1 м2 вегетационной светоустановки размещали 20 растений в 5-кратной повторности. Подкормку растений осуществляли питательным раствором Кнопа 2 раза в неделю, в остальное время поливали водой. Препаратами обрабатывали листовую поверхность растений в фазы бутонизации и цветения (2 раза в течение вегетационного периода). Схема опыта включала следующие варианты: 1 – контроль без обработки бактериями и гуминовым препаратом, 2 – обработка гуминовым препаратом, 3 – обработка бактериями, 4 – обработка совместно бактериями и гуминовым препаратом. Рабочая концентрация гуминового препарата составляла 0,1%. Стимулайф был простерилизован для удаления автохтонной микрофлоры при стандартном режиме автоклавирования. Бактерии Bacillus subtilis № 2 выращивали на сусло-агаре, затем смывали и гомогенезировали в стерильной воде, их титр для инокуляции растений составлял 4-6·106 КОЕ/мл культуральной жидкости. Численность КОЕ бактерий в филлосфере растений определяли методом посева на твердую питательную среду сусло-агара во время фазы технической спелости растений.
Содержание суммарного хлорофилла (a+b) в листьях определяли в фазе цветения на спектрофотометре Specol [9]. Биохимический состав плодов растений изучали в фазе технической спелости [10]. Простой вегетационный индекс, определяющий физиологическое состояние растений, рассчитывали по формуле VI=Rgreen/Rnir с использованием методики, описанной ранее [11].
Графы максимальных коэффициентов корреляции между характеристиками растительно-микробной системы были построены по методике граф-анализа [12]. Весовые коэффициенты влияния факторов внешнего воздействия на морфометрические и биохимические характеристики растений и уровень синергетического влияния вычисляли по программе [13].
Результаты и обсуждение. Выявлены физиологические реакции растений на изучаемые препараты. Эти различия обусловлены механизмом их действия. Бактерии Bacillus subtilis № 2 достоверно увеличивали количество плодов (на 2-4 шт.) на одном растении (табл. 1), что подтверждает данные других исследователей [14]. Увеличение численности плодов объясняется фитогормональной активностью бактерий. В то же время средняя масса одного плода достоверно не изменялась по сравнению с контрольным вариантом (табл. 1). При обработке Стимулайфом прибавка урожайности достигалась в основном за счет увеличения средней массы одного плода, что согласуется с выявленным ранее механизмом ускорения поступления питательных веществ гуминового препарата в растение вследствие повышения проницаемости клеточной мембраны [15]. Количество плодов изменялось незначительно. При использовании Стимулайфа достоверно увеличивались количество сухого вещества, сумма сахаров и значительно – содержание аскорбиновой кислоты в плодах (табл. 1). Совместное применение гуминового препарата и бактерий приводило к росту общего количества сахаров и аскорбиновой кислоты. Значение большинства признаков у двух сортов растений перца существенно различалось, что свидетельствует о неодинаковой их чувствительности и реакции на внешние воздействия; при этом уменьшалась продолжительность вегетационного периода сортов Ермак и Золушка соответственно на 10 и 14 дней. Наибольшее сокращение срока вегетации наблюдали при совместном действии обоих препаратов, более отзывчивым на них оказался сорт Золушка (табл. 1).
При применении бактерий уменьшались коэффициенты вариации индивидуальных масс листьев и плодов растений (рис. 1, 2). Коэффициент корреляции между ними у растений сорта Золушка составил 0,9, так же, как и у сорта Ермак. Таким образом, бактерии Bacillus subtilis № 2 способствовали оптимизации минерального питания и ассимиляционных процессов в растении. Наши данные согласуются с результатами других исследователей об уменьшении коэффициентов вариации площади листовой поверхности растений пшеницы при внесении микроудобрений [16].
Методом факторного анализа определены величины весовых коэффициентов реакции растений на применяемые препараты (табл. 2). Показано, что индивидуальное воздействие бактерий на растения сортов Ермак и Золушка (WA= 0,61, 0,61) приводит к возрастанию коэффициентов основных морфологических характеристик таких, как масса (WA= 0,68, 0,68) и количество листьев (WA= 0,65; 0,66), высота растений (WA= 0,63, 0,69), а также содержание суммы хлорофиллов (WA= 0,63; 0,48). При этом повышается величина вегетационного индекса – от 9 до 10 и от 9,2 до 10,5, а также содержание суммы хлорофиллов в растениях – от 2,3 до 3,0 и от 2,4 до 3,1 мг/г листьев для растений перца соответственно сорта Ермак и сорта Золушка (табл.1). При применении бактерий увеличивалось количество листьев (табл.1).
Табл. 1. Изучаемые показатели растений перца в контроле и при обработке препаратами
| Ермак | Золушка | ||||||
Показатель | 1 | 2 | 3 | 4 | 1 | 2 | 3 | 4 |
Количество плодов, шт./растение | 7,8c | 7,6c | 9,0b | 8,8a | 10,6с | 10,6c | 12,8b | 14,8a |
Средняя масса плодов, г/растение | 308d | 320c | 345b | 353a | 360d | 438c | 606b | 636a |
Средняя масса 1 плода, г | 38,5b | 40,0a | 38,3b | 39,9a | 32,7d | 41,3c | 43,3b | 45,4a |
Масса листьев, г/растение | 85b | 88b | 93a | 96a | 159c | 163c | 178b | 185a |
Количество листьев /растение | 42c | 43c | 45b | 47a | 74b | 74b | 76a | 77a |
Сумма хлорофиллов, мг/г листьев | 2,3c | 2,6b | 3,0a | 3,0a | 2,4b | 3,0a | 3,1a | 3,1a |
VI = Rgreen/Rnir | 9,0c | 9,2c | 9,5b | 10a | 9,2c | 9,6b | 9,8b | 10,5a |
Высота растений, см | 27,7d | 28,5c | 30,3b | 32,7a | 49,0d | 49,7с | 68,3b | 74,3a |
Длина фенофазы, сут | 97a | 92b | 89c | 87d | 125a | 117b | 114c | 111d |
Сумма углеводов в плодах,% | 5,2c | 5,6b | 5,8b | 7,1a | 5,5c | 5,6c | 5,8b | 6,5a |
Аскорбиновая кислота, мг/100 г сырого вещества плодов | 71c | 72c | 75b | 90a | 59d | 63c | 70b | 79a |
Сухое вещество в плодах,% | 8,3b | 9,0a | 8,6c | 9,0a | 8c | 8,3b | 8,6a | 8,6a |
Примечание. 1-4 – варианты опыта. В каждой строке достоверные различия средних измеряемых признаков обозначены буквами алфавита для p<0,05.
Табл. 2. Весовые коэффициенты к факторам: Bacillus subtilis № 2 (WA), Стимулайф (WB), Bacillus subtilis № 2+ Стимулайф (WAxB)
Показатель | WА | WB | WAxB | |||
Ермак | Золушка | Ермак | Золушка | Ермак | Золушка | |
Количество плодов, шт./растение | 0,65 | 0,61 | 0,24 | 0,34 | 0,23 | 0,16 |
Средняя масса плодов, г/растение | 0,68 | 0,68 | 0,19 | 0,16 | -0,06* | -0,10 |
Масса листьев, г/растение | 0,66 | 0,68 | 0,26 | 0,20 | -0,03* | 0,06* |
Количество листьев /растение | 0,65 | 0,66 | 0,27 | 0,24 | 0,05* | 0,11* |
Сумма хлорофиллов, мг/г листьев | 0,63 | 0,48 | 0,25 | 0,38 | -0,28 | -0,50 |
VI= Rnir/Rgreen | 0,61 | 0,56 | 0,33 | 0,41 | 0,20 | 0,16 |
Высота растений, см | 0,63 | 0,69 | 0,29 | 0,11 | 0,21 | 0,12 |
Длительность вегетации, сут | -0,60 | -0,57 | -0,33 | -0,38 | 0,23 | 0,24 |
Сумма углеводов в сыром веществе плодов | 0,52 | 0,51 | 0,42 | 0,40 | 0,32 | 0,40 |
Аскорбиновая кислота, мг/100 г сырого вещества плодов | 0,50 | 0,62 | 0,39 | 0,31 | 0,45 | 0,18 |
Среднее значение абсолютной величины коэффициентов | 0,61 | 0,61 | 0,30 | 0,29 | 0,20 | 0,20 |
Примечание. Стандартная ошибка для коэффициентов WА и WВ – 0,03, WАхВ – 0,06.
*Коэффициент не отличается от нуля.
Возрастание биомассы листьев и содержания суммы хлорофиллов в них привело к формированию большей продуктивности растений – достоверному повышению количества плодов на растении и урожайности перца. Аналогичные результаты мы получили ранее для растений томата [17]. Бактерии Bacillus subtilis № 2 также сокращали длительность вегетационного периода растений сортов Ермак и Золушка (WA=-0,61 и -0,67). С помощью факторного анализа выявлен негативный синергетический эффект совместного применения Стимулайфа и бактерий, то есть уменьшение данного периода оказывается меньше ожидаемого от суммы индивидуальных воздействий бактерий и гуминового препарата. Это означает, что физиологические процессы в растениях под действием двух препаратов на некоторой стадии конкурируют между собой.
При совместном применении препаратов отмечено уменьшение численности бактерий Bacillus subtilis № 2 в филлосфере (3,2·104 КОЕ) в 5,6 раза по сравнению с их индивидуальным внесением (5,7·103 КОЕ). Этот результат согласуется с ранее полученным на растениях салата и с рекомендациями о снижении концентрации гуминового препарата при совместном применении с бактериями Bacillus subtilis № 2 [11].
Граф-анализ (рис. 3) позволил получить схему причинно-следственных связей в растительно-микробной системе при действии изучаемых препаратов на морфометрические характеристики растений и продолжительность периода их вегетации. Так, бактерии Bacillus subtilis № 2 непосредственно влияли на увеличение массы листьев растений. Действие же Стимулайфа было направлено на ускорение физиологических процессов развития растений и сокращение продолжительности вегетационного периода. При совместном действии препаратов повышалась численность плодов на растении.
Рис. 1. Плотность распределения масс листьев и плодов растения сорта Ермак в вариантах: К – контроль, С – Стимулайф, Б – Bacillus subtilis № 2, С+Б – Стимулайф + Bacillus subtilis № 2.
Рис. 2. Плотность распределения массы листьев и плодов растения сорта Золушка в вариантах: К – контроль, С – Стимулайф, Б – Bacillus subtilis № 2, С+Б – Стимулайф + Bacillus subtilis № 2.
Рис. 3. Граф непосредственных связей между измеряемыми характеристиками растений и действием препаратов. З – сорт Золушка; Е – сорт Ермак; 1 – количество плодов, шт./растение; 2 – масса плодов, г/растение; 3 – масса листьев, г/растение; 4 – количество листьев, шт./растение; 5 – сумма хлорофиллов, мг/г листьев; 6 – высота растений, см; 7 – длительность вегетационного периода, сут; 8 – Стимулайф; 9 – Bacillus subtilis № 2; 10 – Стимулайф + Bacillus subtilis № 2.
Таким образом, выявлен комплекс физиологических ответов растений перца на морфологическом уровне на действие бактерий Bacillus subtilis № 2 и гуминового препарата Стимулайф.
Об авторах
В. Н. Пищик
Агрофизический научно-исследовательский институт; Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии
Автор, ответственный за переписку.
Email: veronika-bio@rambler.ru
кандидат биологических наук
Россия, 196660, Санкт-Петербург, Гражданский пр., 14; 196608, Санкт-Петербург, Пушкин, шоссе Подбельского, 3Н. И. Воробьёв
Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии
Email: veronika-bio@rambler.ru
кандидат технических наук
Россия, 196608, Санкт-Петербург, Пушкин, шоссе Подбельского, 3О. Р. Удалова
Агрофизический научно-исследовательский институт
Email: veronika-bio@rambler.ru
кандидат сельскохозяйственных наук
Россия, 196660, Санкт-Петербург, Гражданский пр., 14В. Г. Сурин
Центр междисциплинарных исследований по проблемам окружающей среды
Email: veronika-bio@rambler.ru
кандидат физико-математических наук
Россия, Санкт-Петербург, наб. Кутузова, 4Ю. В. Хомяков
Агрофизический научно-исследовательский институт
Email: veronika-bio@rambler.ru
кандидат биологических наук
Россия, 196660, Санкт-Петербург, Гражданский пр., 14А. А. Попов
Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии
Email: veronika-bio@rambler.ru
кандидат сельскохозяйственных наук
Россия, 196608, Санкт-Петербург, Пушкин, шоссе Подбельского, 3Список литературы
- Завалин А.А. Биопрепараты, удобрения и урожай. − М.: ВНИИА, 2005. − 302 с.
- Ahemad M., Kibret M. Mechanisms and applications of plant growth promoting rhizobacteria: Current perspective. // J. King Saud Uni. Sci. − 2014. − V. 26. – P. 1-20.
- Чеботарь В.К., Петров В.Б., Шапошников А.И., Кравченко Л.В. Биохимические критерии оценки агрономически значимых свойств бацилл, используемых при создании микробиологических препаратов. // Сельскохозяйственная биология. – 2011. − № 3. − С. 119-122.
- Кожемяков А.П., Белоброва С.Н., Орлова А.Г. Создание и анализ базы данных по эффективности микробных препаратов комплексного действия. // Сельскохозяйственная биология. − 2011. − № 3. − С. 112-115.
- Ruzzi M., Aroca R. Plant growth-promoting rhizobacteria act as biostimulants in horticulture. // Sciencia Horticulturae − V.196. – P. 124-134.
- http://www.agrophys.com/Agrophys_files/Stimullife/stimullife.html.
- Панова Г.Г., Черноусов И.Н., Удалова О.Р., Александров А.В., Карманов И.В., Аникина Л.М., Судаков В.Л. Научно-технические основы круглогодичного получения высоких урожаев качественной растительной продукции при искусственном освещении. // Доклады Россельхозакадемии. – 2015. − №4. − С. 17-21.
- Ермаков Е.И., Желтов Ю.И., Мильто Н.Е., Кучеров В.И. Почвогрунт для выращивания растений «Агрофит» // Патент №2081555 РФ. − БИ №17. − 1997.
- Lichtenthaler H.G.. Chlorophylls and carotenoids pigments of photosynthetic biomembranes // Methods Enzymol. – 1987. – V.148. –350-382.
- Ермаков А.И., Арасимович В.В., Ярош Н.П., Перуанский Ю.В., Луковникова Г.А., Иконникова М.И. Методы биохимического анализа растений. – Л.: Агропромиздат, 3-е изд., 1987. – 430 C.
- Pishchik V.N., Vorobyov N.I., Walsh O.S., Surin V.G., Khomyakov Y.V. Estimation of synergistic effect of humic fertilizer and Bacillus subtilis on lettuce plants by reflectance measurements // Journal of Plant Nutrition. – 2016. – V.39. – №8. –. Р. 1074-1086.
- Воробьев Н.И., Свиридова О.В., Кутузова Р.С. Методические рекомендации по использованию граф-анализа в исследованиях систем, состоящих из биотических и абиотических компонентов. – СПб.: ВНИИСХМ, 2006. – 58 C.
- Воробьев Н.И., Проворов Н.А., Пищик В.Н., Свиридова О.В. Программа вычисления уровня синергизма – супрессии в ответной реакции биологических объектов на двухфакторное воздействие // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2016618107. – Регистрация в Реестре программ для ЭВМ 21.07, 2016.
- Garcia J.A.I., Probanza A., Ramos B., Palomino M.R., Manero F.J.G. Effect of inoculation of Bacillus lichenoformis on tomato and pepper // Agronomie. – 2004. – V.24. – №4. – P.169-176.
- Varanini Z, Pinton R. Direct versus indirect effects of soil humic substances on plant growth and nutrition / Pinton R, Varanini Z, Nannipieri P, eds. // In: The Rizosphere. Basel: Marcel Dekker. – 2001. – P. 141-58.
- Прохоренко Н.Б., Пахомова В.М., Хабиров Р.Н., Даньшина Е.В. Морфологические параметры и урожайность у растений яровой пшеницы сорта Люба при оптимизации минерального питания // Сельскохозяйственная биология. – 2008. – № 5. – C. 43-47.
- Pishchik V.N., Vorobyev N.I. , Ostankova Yu.V., Semenov A.V., Totolian Areg A., Popov A.A., Khomyakov Y.V. , Udalova O.R., Shibanov D.V., Vertebny V.E., Dubovitskaya V.I., Sviridova O.V., Walsh O.S., Shafian S. Impact of Bacillus subtilis on tomato plants growth and some biochemical characteristics under combined application with humic fertilizer. // International Journal of Plant & Soil Science. – 2018. – V.22. – P.1-12.
Дополнительные файлы
