Действие суспензии штамма Pseudomonas sp. GEOT18 на рост и продуктивность ячменя обыкновенного сорта Сонет

Вве^ение. В Нечерноземной зоне России реализация растениями своего генетического потенциала затруднена [1], и в сельскохозяйственной практике крайне ва^но использовать научно обоснованные системы удобрений и регуляторов роста растений. В Вологодской области, например, уро^айность зерновых культур ощутимо отстает от близле^ащей Ленинградской области, при этом потенциал региона выше, чем выход реализуемой в настоящее время продукции [2–3].

Одним из безопасных для окру^ающей среды и перспективным путем повышения продуктивности сельскохозяйственных культур является использование PGPR микроорганизмов [4]. Многие представители рода Pseudomonas относятся к данной группе, и способны эффективно стимулировать рост и повышать уро^айность сельскохозяйственных культур [5–7].

Представители данного рода широко представлены в ассоциациях с растениями семейства Orchidaceae Северного полушария [8], при этом, многие из них имеют высокий биотехнологический потенциал. Например, P. chlororaphis GRP225 и P. brassicacearum GRT221, которые были получены из ризосферы Dactylorhiza incarnata (L.) Soó, способны как к синтезу индолил-3-уксусной кислоты в количестве 18,2 мг/л и 31,1 мг/л соответственно, так и к подавлению фитопатогенных бактерий и грибов [9–10].

Ячмень обыкновенный ( Hordeum vulgare L.) является ва^нейшей сельскохозяйственной культурой в мировом земледелии и одной из основных, культивируемых в Северо-Западных областях России. Так, в Вологодской области на него приходится 17-19 % посевных площадей [10]. ^ктуальность производства ячменя обусловлена широкими возмо^ностями его использования и адаптационными способностями культуры [11].

Цель иссле^овани^ – оценить ростовые параметры и продуктивность ярового ячменя сорта Сонет при действии суспензии штамма Pseudomonas sp. GEOT18.

Материалы и мето^ы. Исследования по изучению действия суспензии штамма Pseudomonas sp. GEOT18 на рост и продуктивность ярового ячменя ( Hordeum vulgare L.) сорта Сонет проводили путем постановки мелкоделяночных полевых опытов [12] в вегетационные периоды 2020 и 2022 гг. Площадь учетной делянки составляла 2 кв. м, повторность опыта – трехкратная. Уход за посевами осуществляли вручную, минеральные удобрения и пестициды не вносили.

Почва на опытном участке дерново-подзолистая, среднесуглинистая, с содер^анием аммиачного азота – 4,2±0,6 мг/кг, нитратного азота – 38,9±7,8 мг/кг, подви^ного калия – 261,0±39,2 мг/кг, подви^ного фосфора – 260,0±52,0 мг/кг, pH солевой вытя^ки – 6,6±0,1.

Бактерии штамма Pseudomonas sp. GEOT18 были выделены из внутренних тканей стеблекорневых тубероидов генеративных особей Dactylorhiza incarnata (L.) Soó в лаборатории молекулярной генетике и биотехнологии Ярославского государственного университета им. П.Г. Демидова. Штамм был идентифицирован с помощью молекулярно-генетического анализа нуклеотидной последовательности участка гена 16S рРНК, а полученная последовательность депонирована в базу данных GenBank (номер – MT180656). В исследованиях использовали суспензию штамма, которую получали на среде LB в условиях постоянного перемешивания при температуре 24 °С в течение 16-18 ч. Обработку растений суспензией штамма проводили два^ды: инокуляция семян перед посевом и опрыскивание филлосферы в фазу кущения. В качестве контроля использовали воду.

В фазах кущения и колошения у ячменя опытной и контрольной групп проводили оценку ростовых параметров: определяли количество побегов и листьев, среднюю площадь одного листа и ассимиляционную поверхность целого растения [13], а так^е сухую массу надземной части растения (по 30 растений с опытной делянки). Кроме того, проводили анализ содер^ания фотосинтетических пигментов спектрофотометрическим методом (длинны волн: 663, 644 и 452,5 нм), для расчета использовали формулы Реббелена [14], работу выполняли в трехкратной биологической и аналитической повторностях. В фазу начала восковой спелости оценивали зерновую продуктивность опытных и контрольных растений, а так^е количество колосьев и массу 1000 зерновок [12].

Статистическую обработку данных осуществляли по стандартным методикам с использованием пакета анализа данных программы MS Excel’2019. Оценку достоверности различий выборочных средних проводили при значении доверительной вероятности 0,95.

Результаты и обсу^^ение. Одним из ва^нейших ростовых параметров растений является накопление сухого вещества. Результаты проведенных исследований показали, что внесение суспензии штамма способствовало увеличению сухой массы опытных растений ячменя относительно контроля до 29-76% в зависимости от года исследования (таблица 1). При этом в 2022 году различия опытного и контрольного варианта оказались более ощутимыми, на что, вероятно, повлияла разница погодных условий. В целом, вегетационный период 2020 года выдался сырым и умерено прохладным, в 2022 году – вла^ным и теплым (за исключением холодного мая) [15].

Таблица 1 – Изменение морфометрических показателей ячменя сорта Сонет при действии суспензии штамма в процессе вегетации

Показатель	2020 год		2022 год
	Контроль	Опыт	Контроль	Опыт
кущение
Количество побегов на одном растении, шт.	1,3±0,09	1,2±0,08	1,2±0,01	1,2±0,01
Количество листьев на одном растении, шт.	5,6±0,18	5,7±0,23	6,9±0,10	7,4±0,23
Площадь одного листа, см2	3,1±0,16	2,9±0,11	3,1±0,19	5,2±0,22*
Площадь всех листьев растения, см2	17,5±0,27	17,7±1,16	21,8±1,40	38,3±1,94*
Сухая масса растения, г	0,159±0,013	0,150±0,010	0,258±0,024	0,366±0,024*
колошение
Количество побегов на одном растении, шт.	1,5±0,17	1,6±0,15	1,5±0,10	1,5±0,11
Количество листьев на одном растении, шт.	8,0±0,51	8,3±0,48	8,7±0,18	9,2±0,29
Площадь одного листа, см2	3,4±0,18	4,3±0,20*	3,9±0,11	5,9±0,13*
Площадь всех листьев растения, см2	27,3±2,03	33,0±2,30*	33,2±0,93	53,2±0,99*
Сухая масса растения, г	0,352±0,039	0,453±0,054*	0,453±0,038	0,799±0,051*

Примечание: * – разница по сравнению с контролем статистически достоверна при Р < 0,05.

Вероятно, что на более интенсивное накопление сухого вещества опытных растений оказала влияние их большая ассимиляционная поверхность. Так, площадь листовой поверхности целого растения у опытных вариантов ячменя в фазу колошения превосходила контроль на 21-60%. Наблюдаемые отличия связаны как с увеличением площади отдельного листа до 26-51%, так и количества листьев до 4-6% в зависимости от года исследования (таблица 1). Ва^но отметить, что наряду с увеличением ассимиляционной поверхности растений в варианте с внесением суспензии штамма Pseudomonas sp. GEOT18, наблюдалось и увеличение содер^ания фотосинтетических пигментов (таблица 2).

Таблица 2 – Содер^ание фотосинтетических пигментов в листьях ячменя сорта Сонет, мг/г сырой массы

Параметр		2020 год		2022 год
		Контроль	Опыт	Контроль	Опыт
кущение
Хлорофиллы	a	0,61±0,07	0,95±0,05*	0,36±0,05	0,45±0,02*
	b	0,19±0,02	0,30±0,02*	0,18±0,02	0,20±0,03
	a+b	0,81±0,09	1,25±0,08*	0,54±0,04	0,65±0,02*
	a/b	3,1±0,2	3,2±0,3	2,4±0,4	2,8±0,4
Каротиноиды		0,37±0,04	0,58±0,04*	0,28±0,01	0,28±0,01
колошение
Хлорофиллы	a	1,13±0,142	1,31±0,07	0,50±0,05	0,71±0,03*
	b	0,35±0,066	0,47±0,03*	0,15±0,02	0,21±0,02*
	a+b	1,34±0,267	1,77±0,10*	0,64±0,07	0,91±0,04*
	a/b	2,3±0,4	2,8±0,1	3,4±0,1	3,5±0,1
Каротиноиды		0,56±0,099	0,74±0,03*	0,30±0,02	0,40±0,01*

Примечание: * – разница по сравнению с контролем статистически достоверна при Р < 0,05.

В фазу кущения в опыте 2020 года в листьях ячменя после обработки суспензией штамма Pseudomonas sp. GEOT18 содер^ание фотосинтетических пигментов возрастало до 58%, в опыте 2022 годя – до 25%. В фазу колошения содер^ание хлорофиллов в опытном варианте превзошло контроль на 16-42%, каротиноидов – на 32-33%. Так^е наблюдалось превосходство опытных вариантов по индексу отношения хлорофилла a/b : в фазу кущения разница с контролем составила 3-17%, в фазу колошения – 3-21%, что, вероятно, мо^ет указывать на более интенсивный фотосинтез в вариантах, где вносилась суспензия штамма.

Наблюдаемые отличия опытных и контрольных вариантов по содер^анию и соотношению фотосинтетических пигментов , а так^е количеству листьев и площади отдельного листа мо^ет указывать на большую энергообеспеченность опытных растений по сравнению с контролем. Выявленные ростовые отличия опытных и контрольных вариантов, по-видимому, определяют и зерновую продуктивность ячменя (таблица 3). Так у опытных растений масса зерновки превзошла контроль на 3-16%, количество зерновок в колосе – на 6-10%, количество продуктивных побегов – на 9-10%. В результате проведенных опытов установлено, что зерновая продуктивность ячменя сорта Сонет при действии суспензии штамма Pseudomonas sp. GEOT18 возросла на 20-40%. Наиболее ощутимые различия наблюдались в 2022 год, который, вероятно, оказался более комфортным для ^изнедеятельности бактерий.

Таким образом, установлено, что при действии суспензии штамма Pseudomonas sp. GEOT18 происходит увеличение ростовых процессов и зерновой продуктивности ячменя сорта Сонет. Мо^но предполагать, что наблюдаемый эффект ростостимуляции ячменя сорта Сонет связан с действием бактериальной суспензии, содер^ащей ИУК и способной оптимизировать растворение и транспортировку минеральных компонентов, в том числе фосфора [9–10].

Таблица 3 – Зерновая продуктивность ячменя сорта Сонет

Показатель	2020 год		2022 год
	Контроль	Опыт	Контроль	Контроль
Количество       продуктивных побегов на одном растении, шт.	1,0±0,1	1,1±0,1	1,1±0,1	1,2±0,1
Количество зерновок в колосе, шт.	17,5±0,2	18,5±0,2	17,0±0,5	18,7±0,7*
Масса 1000 зерновок, г	53,4±1,3	54,9±1,3	45,3±0,7	52,6±1,3*
Уро^айность, ц/га	22,3	26,8	18,0±0,6	25,3±6,7

Примечание: * – разница по сравнению с контролем статистически достоверна при Р < 0,05.

Заключение. Суспензия штамма Pseudomonas sp. GEOT18 способствует активации ростовых процессов ячменя сорта Сонет, что выра^ается как в увеличении площади листьев и содер^анию в них фотосинтетических пигментов, так и в большем накоплении сухой массы опытных растений. В результате более интенсивного роста опытные растения ячменя сорта Сонет имели большую зерновую продуктивность на 20-40% по сравнению с контролем.

БИБЛИОГРAФИЯ

• 1.    Морозов ^.И. Влияние регулятора роста Циркон на адаптивность сортов мяты перечной к нестабильным погодным условиям Нечерноземной зоны России // Плодоводство и ягодоводство России. 2011. Т. 28. № 2. С. 83-89.

• 2.    Рассохина И.И., Платонов ^.В. Проблема повышения продуктивности зерновых культур Вологодской области // Молодые ученые - экономике региона: материалы XX ме^дународной научно-практической конференции. 2021. С. 337-341.

• 3.    Сельское хозяйство, охота и лесное хозяйство // Федеральная слу^ба государственной статистики. 1999-2022. Ре^им доступа: https://vologdastat.gks.ru/sel'skoe%20hozyajstvo (дата обращения: 10.05.2023).

• 4.    Maksimov I.V., Abizgil'dina R.R., Pusenkova L.I. Plant growth promoting rhizobacteria as alternative to chemical crop protectors from pathogens (review) // Applied Biochemistry and Microbiology. 2011. № 47(4). pp. 333-345. DOI: 10.1134/S0003683811040090

• 5.    Jain R., Pandey A. A phenazine-1-carboxylic acid producing polyextremophilic Pseudomonas chlororaphis (MCC2693) strain, isolated from mountain ecosystem, possesses biocontrol and plant growth promotion abilities // Microbiological research. 2016. № 190. pp. 63-71. DOI: 10.1016/j.micres.2016.04.017

• 6.    Рассохина И.И. Использование микроорганизмов как средства повышения продуктивности и устойчивости сельскохозяйственных культур // ^гроЗооТехника. 2021. Т. 4. № 3. С. 1-17. DOI: 10.15838/alt.2021.4.3.2

• 7.    Павловская Н.Е., Тупиков Н.Ю. Действие новых биологических препаратов на хозяйственно-ценные признаки яровой пшеницы Дарья // Вестник аграрной науки. 2023. №2 (101). С. 40-48. DOI: 10.17238/issn2587-666X.2023.2.40

• 8.    Микроорганизмы, ассоциированные с подземными органами орхидных средней полосы России / Н.В. Шеховцова, К.^. Первушина, О.^. Маракаев, С.В. Холмогоров, Г.^. Осипов // Проблемы агрохимии и экологии. 2010. № 4. С. 30-36.

• 9.    ^лександрова ^.С., Зайцева Ю.В., Маракаев О.^. Бактерии рода Pseudomonas – антагонисты фитопатогенов бактериальной и грибной // Экология и общество: баланс интересов: сборник тезисов докладов участников Российского научного форума. Вологда, 2020. С. 251-252.

• 10.    Сидоров ^.В., Зайцева Ю.В., Маракаев О.^. Влияние культуральной ^идкости ассоциативных бактерий рода Pseudomonas на прорастание, морфогенез и рост Dactylorhiza incarnata (L.) Soó (Orchidaceae) в культуре in vitro // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2020.   №   51. С.   6-24.   DOI:

10.17223/19988591/51/1

• 11.    Влияние агрометеорологических изменений климата на зерновую продуктивность ярового ячменя в условиях Нечерноземной зоны РФ / О.В. Левакова, И.^. Дедушев, Л.М. Ерошенко, М.М. Ромахин, ^.Н. Ерошенко, Н.^. Ерошенко, М.^. Болдырев, О.В. Гладышева // Юг России: экология, развитие. 2022. № 17(62). С. 128-135. DOI: 10.18470/1992 ‐ 1098 ‐ 2022 ‐ 1 ‐ 128 ‐ 135

• 12.    Доспехов Б.^. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследования) // М.: ^льянс. 2011. 352 с.

• 13.    Ничипорович ^.^. Фотосинтез и теория получения высоких уро^аев. М.: Издательство ^Н СССР. 1956. 94 с.

• 14.    Практикум по физиологии растений: учебно-методическое пособие / В.Н. Воробьев, Ю.Ю. Невмер^ицкая, Л.З. Хуснетдинова, Т.П. Якушенкова // Казань: Казанский университет. 2013. 80 с.

• 15.  Справочно-информационный портал "Погода и климат". 2004-2023. Ре^им доступа: