Действие бактерий рода Pseudomonas sp. на рост и продуктивность тритикале

Введение. Повышение продуктивности сельскохозяйственных культур – одна из важных задач современной науки. В Нечерноземной зоне данный вопрос имеет еще большую важность, что связано с воздействием неблагоприятных климатических факторов, которые снижают генетический потенциал культур. Однако использование микробных препаратов способно нивелировать стрессовое воздействие, стимулировать рост и развитие растений. Так, в ряде работ отмечается, что штаммы бактерий рода Pseudomona ssp . способны синтезировать вещества фунгицидной природы (2,4-диацетилфлороглюцинол, пиолюторин и пир-ролнитрин), фитогормональной природы (ин-дол-3-уксусную кислоту), а также оказывать благоприятное действие на поглощение растениями минеральных компонентов [1–3].

Тритикале (×Triticosecale) – сельскохозяйственная культура, гибрид пшеницы с рожью. Содействие геномов двух культур дает возможность получить более высокую урожайность, а также устойчивость к неблагоприятным факто- рам среды и патогенам. При этом зерно по питательным свойствам превосходит другие яровые культуры. Например, содержание белка в зерне тритикале на 1,4 % выше, чем у ячменя, выход кормовых единиц – на 5,2 ц/га к. ед., обеспеченность кормовой единицы протеином – на 17 г [4]. Кроме того, в отличие от пшеницы, белок тритикале содержит больше лизина и триптофана [5, 6].

Цель исследования – изучить влияние бактерий рода Pseudomona ssp. на ростовые показатели и зерновую продуктивность тритикале в условиях Вологодской области.

Задачи: оценить влияние исследуемых бактерий на биометрические и физиологические показатели тритикале; провести оценку элементов структуры урожая тритикале при внесении бактерий рода Pseudomona ssp.

Объекты и методы. Эксперимент по изучению влияния бактерий рода Pseudomona ssp. на тритикале выполнялся на опытном поле ФГБУН «Вологодский научный центр Российской академии наук» (ВолНЦ РАН) в 2020–2021 гг. Поч- ва на экспериментальных делянках осушенная дерново-подзолистая, среднесуглинистая.

Объект исследования – яровой тритикале сорт Доброе, который допущен к использованию в Северо-Западном регионе Российской Федерации. В качестве исследуемого вещества использовался штамм бактерий рода Pseudomona ssp. GEOT18. Данный штамм выделен сотрудниками Ярославского государственного университета имени П.Г. Демидова из внутренних тканей стеблекорневых тубероидов генеративных особей пальчатокоренника мясо-красного ( Dactylorhiza incarnata (L.) Soó). Суспензию штамма для проведения исследований получали на среде LB в условиях постоянного перемешивания при температуре 23–25 °С в течение 16–18 ч. Исследования с растениями проводились в рамках мелкоделяночного полевого эксперимента. Повторность опыта 3-кратная, площадь учетной делянки 2 м². Посев культуры происходил вручную, в соответствии с принятыми нормами высева – 4,5 млн всхожих се-мян/га. Перед посевом семена делили на две части: одну помещали в суспензию ночной культуры бактериального штамма на 30 мин (опытная группа), другую – в воду (контрольная группа). Кроме того, в фазу начала кущения проводилось опрыскивание растений раствором суспензии до появления на листьях капель мелкодисперсной росы (разбавление суспензии ночной культуры штамма в соотношении 1:20).

Уход за культурами происходил в соответствии с общепринятыми агротехническими приемами, минеральные удобрения не вносились. У растений в течение вегетации в фазы кущения и колошения определяли биометрические параметры и среднесуточные приросты по сырой и сухой массе, а также содержание фотосинтетических пигментов. На стадии начала созревания зерна проводили оценку элементов структуры урожая: общая и продуктивная кустистость, масса соломы с 1 м2, масса зерна с 1 растения, количество зерновок в колосе, масса 1000 зерновок.

Определение фотосинтетических пигментов проводили на спектрофотометре ПЭ-5400УФ (Россия) при длинах волн 663, 644 и 452,5 нм. Пигменты извлекали экстракцией 85 %-го ацетона из листьев растений. Работу выполняли в трехкратных биологической и аналитической повторностях. Расчет содержания хлорофиллов проводили по уравнениям Реббелена [7].

Статистическая обработка данных осуществлялась по стандартным методикам с использованием пакета анализа данных программы MS Excel 2010. В таблицах и на рисунке представлены средние значения показателей и величины их средних арифметических ошибок. Оценку достоверности различия выборочных средних проводили при значении доверительной вероятности 0,95.

Результаты и их обсуждение. Использование бактерий штамма Pseudomona ssp. GEOT18 привело к увеличению ростовых параметров растений. Так, в исследованиях 2020 г. средняя площадь листа и общая листовая поверхность растений опытной группы выше контрольной на 6,4–33,6 и 7,7–53,3 %, в исследованиях 2021 г. – на 15,4–44,1 и 23,3–57,3 % соответственно, в зависимости от фазы онтогенеза. В эксперименте 2020 г. сырая и сухая масса одного растения в опытной группе в фазу кущения была выше контроля на 41,9 и 35,9 %, в фазу колошения – на 22,9 и 27,2 %. В опыте 2021 г. действие штамма оказалось аналогичным: сухая масса опытных растений в фазу кущения выше контроля на 32,9 %, в фазу начала колошения – на 11,4 %. В фазу цветения разница в сырой и сухой массе между контрольной и опытной группой достигала 15,6 и 13,3 % соответственно. Следует отметить, что в фазе кущения наиболее существенная разница опытной и контрольной группы наблюдалась по массе стебля, во время колошения – по массе колоса, а во время цветения – по массе листьев (рис.). Вероятно, на начальных этапах развития растения бактерии оказывают наиболее ощутимое действие на рост за счет удлинения стебля (стебель опытной группы длиннее на 21,5 % и тяжелее на 51,3 % по сырой массе). В фазе колошения растения контрольной группы догоняют растения опытной группы по морфометрическим показателям стебля (разница по сырой массе 13,0 %), но существенно опережают по развитию колоса (опытные растения имеют массу колоса на 41,2 % выше по сырой массе и на 66,1 % – выше по сухой массе, при этом длина колоса опытной группы на 7,3 % ниже контрольной).

6,50

5,50

4,50

3,50

2,50

1,50

0,50

-0,50

0,74

± 0,04

1,05 *

± 0,08

Контроль Опыт

5,05

± 1,48

5,84

± 1,46

Контроль

Опыт

Контроль Опыт

Масса колоса сырая, г

Масса листа сырая, г

Масса стебля сырая, г

фаза кущения

А

фаза колошения

фаза цветения

2,500

2,000

1,500

1,000

0,500

0,000

Б

0,198

± 0,007

0,269 * ± 0,024

0,659 *

0,518     ± 0,014

± 0,041

Контроль Опыт

2,075

1,832      ± 0,202

± 0,224

Масса колоса сухая, г

Масса листа сухая, г

Масса стебля сухая, г

Контроль Опыт

Контроль Опыт

фаза кущения

фаза колошения

фаза цветения

*Разница по сравнению с контролем статистически достоверна при Р < 0,05.

Масса одного растения в опытах 2020 г.: А – сырая; Б – сухая

О более интенсивном накоплении питательных веществ у опытных растений свидетельствуют и результаты среднесуточных приростов по сухой массе. Так, например, в опытах 2020 г. за период между фазами кущения и колошения у растений контрольной группы этот показатель составляет 0,040±0,004 г/сут; у растений опытной группы – 0,047±0,004; за период между фазами колошения и цветения – 0,051±0,013 и 0,065±0,010 г/сут соответственно.

Известно, что накопление органического вещества определяется скоростью фотосинтетических процессов, при этом важной составляющей является содержание и активность пигментных единиц. Данные таблицы 1 показывают, что в процессе прохождения фаз онтогенеза содержание фотосинтетических пигментов в листьях растений увеличивается. Так, содержание суммы хлорофиллов у опытных и контрольных растений в фазу цветения больше, чем во время колошения, более чем в 2 раза. При сравнении контрольной и опытной группы можно отметить более низкую концентрацию пигментов у опытного варианта относительно контроля (см. табл. 1). Так, в фазу колошения содержание всех определяемых фотосинтетических пигментов в листьях растений контрольной группы достоверно превосходило таковые в опыте на 17,2–22,7 % в за- висимости от пигмента. Во время цветения разница между опытными и контрольными растениями сохранилась, но была менее выражена.

Наблюдаемый эффект, вероятно, обусловлен отставанием синтеза пигментов от темпов роста опытных растения.

Таблица 1

Показатель, мг/г сырого вещества	Фаза кущения		Фаза колошения		Фаза цветения
	Контроль	Опыт	Контроль	Опыт	Контроль	Опыт
Хлорофилл a	0,938 ±	0,963 ±	1,071 ±	0,887 ±	2,194 ±	1,856 ±
	0,011	0,032	0,005	0,017*	0,068	0,029*
Хлорофилл b	0,310 ±	0,312 ±	0,436 ±	0,337 ±	0,676 ±	0,603 ±
	0,006	0,021	0,010	0,019*	0,021	0,016*
Сумма	1,250 ±	1,243 ±	1,521 ±	1,185 ±	2,620 ±	2,580 ±
хлорофиллов ( a+b )	0,012	0,048	0,019	0,021*	0,062	0,069
Каротиноиды	0,626 ±	0,632 ±	0,674 ±	0,530 ±	1,081 ±	1,095 ±
	0,009	0,017	0,008	0,005*	0,025	0,022

Здесь и далее : (*) – разница по сравнению с контролем статистически достоверна при Р < 0,05.

Результаты содержания фотосинтетических пигментов растений

Учитывая увеличение ростовых показателей опытных растений (см. рис.), можно предположить, что, несмотря на снижение концентрации пигментов в листьях данной группы (см. табл. 1), их активность возрастает, что согласуется с выводами других авторов [8, 9].

Результаты оценки элементов структуры урожая и хозяйственной продуктивности трити- кале представлены в таблице 2. В 2021 г. наблюдались напряженные климатические условия для произрастания культуры: высокая температура в течение мая – июля, малое количество осадков. Вероятно, этим объясняется снижение биологической и хозяйственной продуктивности тритикале по сравнению с предыдущим годом исследования.

Структура урожая и зерновая продуктивность тритикале

Таблица 2

Вариант опыта	Продуктивная кустистость, шт.	Масса соломы с 1 м2, г	Масса зерна с 1 м2, г	Количество зерновок в колосе, шт.	Масса 1000 зерновок, г	Урожайность, ц/га
2020 г.
Контроль	1,5±0,03	196,5±8,01	272,2±22,02	27,1±0,81	48,1±2,49	27,2
Опыт	1,6±0,03*	279,5±2,49*	318,0±1,86*	32,2±0,89*	49,9±2,61	31,8
2021 г.
Контроль	1,0±0,01	112,2±3,79	194,6±6,50	28,3±0,70	45,2±2,01	19,4
Опыт	1,1±0,02	117,4±17,31	231,3±4,19*	31,3±0,69*	46,4±2,29	23,1

Как следует из таблицы 2, урожайность опытного варианта 2020 г. исследования возрастает на 16,8 %, что происходит за счет увеличения как массы зерновки на 3,9 %, так и количества зерновок в колосе на 18,8 %. Исследования 2021 г. показали схожую закономерность: зерновая продуктивность опытного варианта возрастает на 18,8 %, при этом масса зерновки в опытном варианте также несколько выше контроля, а количество зерновок больше на 10,6 %.

Заключение. Таким образом, использование бактерий штамма Pseudomona ssp. GEOT18 благоприятно сказалось на росте и развитии растений тритикале в условиях Вологодской области. Происходило увеличение сырой и сухой массы растения до 41,9 и 35,9 % соответственно, а также площади общей листовой поверхности растения – до 57,3 %. Кроме того, наблюдалось увеличение среднесуточных приростов, это происходило на фоне несколько меньшей концентрации фотосинтетических пигментов в листьях опытных растений, что, возможно, свидетельствует о более эффективной работе их фотосинтетических единиц. Большее накопление вегетативной массы привело и к увеличению урожайности у растений опытной группы относительно контрольной. Так, в варианте, где был внесен исследуемый штамм, зерновая продуктивность возрастала до 18,8 %.

В перспективе планируется расширить направление изучения штамма. Во-первых, провести полевые опыты по оценке действия данного штамма на ряд других культур и сортов, возделываемых на территории Вологодской области. Во-вторых, исследовать эффект действия штамма при изменении агротехнических приемов (применение разных доз минеральных удобрений, гербицидов) и способов внесения бактерий (только инокуляция семян, только опрыскивание растений).