Фитосанитарные свойства почвоподобного субстрата

Введение. Одним из перспективных направлений в освоении человечеством космического пространства и других экстремальных местообитаний является создание биорегенератив-ных систем жизнеобеспечения, представляющих собой замкнутую экосистему, где человек играет роль гетеротрофного звена, а автотрофное звено представлено съедобными растениями [1]. Однако при построении подобных систем возникает проблема рецикла несъедобной растительной биомассы. Эта проблема может быть решена путем биоконверсии растительных отходов в почвоподобный субстрат (ППС) с достаточно высоким плодородием, позволяющим культивировать на нем растения [2, 3]. Предварительные исследования показали, что ППС проявляет фитосанитарные свойства и тем самым может предотвращать развитие заболеваний растений в замкнутой системе жизнеобеспечения [4]. Есть основания полагать, что фито-санитарные свойства ППС меняются в процессе культивирования на нем растений из-за влияния корневых выделений на микробиологический состав субстрата.

Цель исследования: изучение фитосани-тарных свойств почвоподобного субстрата в зависимости от продолжительности культивирования на нем растений.

Объекты и методы исследования. Объектами исследования служили три образца ППС, полученные в Лаборатории управления биосинтезом фототрофов ИБФ СО РАН.

Образец № 1 – свежеприготовленный ППС, полученный путем поэтапной переработки пшеничной соломы с помощью гриба вешенки Pleurotus ostreatus в течение 30–35 суток и вер- микомпостирования в течение 180 суток калифорнийскими червями Eisenia foetida остаточного субстрата, образовавшегося после культивирования грибов на пшеничной соломе.

Образец № 2 – ППС после культивирования на нем растений чуфы Cyperus esculentus L. с примесью мокреца Stellaria media (L.) в течение 30 суток.

Образец № 3 – ППС, отобранный из-под растений пшеницы в фазе колошения после двух полных циклов выращивания растений пшеницы.

Для количественной оценки фитосанитарных свойств ППС использовали тест по прорастанию конидий [5, 6]. В качестве тест-объектов исполь- зовали конидии фитопатогенных грибов Bipolaris sorokiniana и Alternaria sp., выделенных из пораженных органов пшеницы. Конидии в виде суспензии вносили в водную вытяжку образцов ППС. Вытяжку готовили путем растирания 1 г ППС в 2 мл стерильной воды с настаиванием в течение 20 часов при +22...+24 °С при периодическом перемешивании и последующим декантированием надосадочной жидкости. Использовали как варианты без внесения индуктора прорастания конидий, так и варианты с индуктором прорастания конидий в виде 2 % сахарозы. Схема эксперимента представлена в таблице 1.

Таблица 1

Вариант	Водная вытяжка ППС	Вода	Суспензия конидий	Раствор сахарозы 24 %	Итого
Контроль без сахарозы	0	45	15	0	60
Опыт без сахарозы	40	5	15	0	60
Контроль с сахарозой	0	40	15	5	60
Опыт с сахарозой	40	0	15	5	60

Схема экспериментов по изучению влияния водной вытяжки ППС на прорастание конидий, мкл

Конидии проращивали в течение 7 часов при +25 °С, после чего подсчитывали число проросших и непроросших конидий в каждом варианте эксперимента. Среднее число подсчитанных конидий в каждом варианте эксперимента составило 67 шт. Значимость различий между вариантами с вытяжками ППС и контролем проверяли точным критерием Фишера для таблиц 2 × 2, значимость различий между вытяжками разных образцов ППС проверяли по критерию χ2.

Результаты исследования и их обсуждение. Водные вытяжки из всех образцов ППС оказали статистически значимое угнетающее влияние на прорастание конидий грибов р. Bipolaris и Alternaria . В зависимости от образца этот эффект варьировал от частичного до полного подавления прорастания конидий (рис.). Наибольшую фунгистатическую активность проявил образец ППС № 3, полностью подавивший прорастание конидий грибов р. Alternaria и Bipolaris . Остальные образцы статистически значимо снизили прорастание конидий на 60,6–91,4 % относительно контроля (табл. 2).

При этом в реакции фитопатогенных грибов на водную вытяжку разных образцов ППС проявилась видовая специфика. Так, снижение прорастания конидий р. Alternaria в водной вытяжке образцов № 1 и 2 практически не отличалось (соответственно 60,6 и 65,1 %). В то же время для конидий р. Bipolaris образец № 1 проявил статистически значимо более сильный фунгистатический эффект, чем образец № 2 (снижение прорастания соответственно на 91,4 и 78,1 %), в то время как образец № 1 оказал лишь слабое воздействие (снижение прорастания на 21,7 %).

В целом можно констатировать, что конидии грибов р. Alternaria оказались менее чувствительными к фунгистатическому действию изучаемых образцов ППС. Так, среднее по всем образцам снижение прорастания конидий в водных вытяжках для р. Alternaria составило 75,3 % против 89,8 % для р. Bipolaris .

Внесение сахарозы в качестве индуктора прорастания статистически значимо (P < 0,001) повысило процент проросших конидий во всех вариантах эксперимента (на 10,7–47,1 процент- ных пункта в зависимости от варианта), однако не привело к полному устранению фунгистати-ческого эффекта. В вытяжках всех образцов ППС в присутствии сахарозы, как и в вариантах без добавления сахарозы, отмечено статистически значимое (P < 0,001 ... P < 0,05) снижение прорастания конидий в сравнении с контролем (табл. 3).

Как и в варианте без сахарозы, выявилась видовая специфика в реакции фитопатогенов на почвоподобные субстраты. Так, в случае конидий р. Bipolaris фунгистатический эффект разных образцов ППС статистически значимо (P < 0,001) различался и варьировал от снижения прорастания на 21,7 % (образец № 1) до снижения прорастания на 63,8 % (образец № 3). В то же время в отношении конидий р. Alternaria в присутствии сахарозы все образцы проявили практически одинаковое действие (снижение прорастания на 68,2–71,4 % относительно контроля).

Таким образом, для грибов р. Alternaria внесение сахарозы практически полностью нивелировало различия в фунгистатическом эффекте между изучаемыми образцами ППС. Напротив, для грибов р. Bipolaris эти различия несколько возросли.

Для сравнения фунгистатической активности изучаемых образцов ППС в целом по всему массиву экспериментальных данных был проведен непараметрический дисперсионный анализ Фридмана. В анализ были включены данные по снижению прорастания конидий обоих фитопатогенов относительно соответствующих контролей как для вариантов без добавления сахарозы, так и для вариантов с сахарозой. Результаты анализа представлены в таблице 4.

Частичное (1) и полное (2) подавление прорастания конидий в водной вытяжке ППС на примере Bipolaris sorokiniana (стрелкой показана проростковая гифа)

Таблица 2

Влияние водной вытяжки ППС на прорастание конидий фитопатогенных грибов р. Bipolaris и Alternaria (ППС-1, ППС-2 и ППС-3 обозначают образцы № 1,2 и 3 соответственно)

Вариант	Прорастание, %	Прорастание, % к контролю	Значимость различий с контролем, P
Alternaria sp.
Контроль	52,9	100,0
ППС-1	20,8	39,4	< 0,001
ППС-2	18,5	34,9	< 0,001
ППС-3	0,0	0,0	< 0,001
Bipolaris sorokiniana
Контроль	40,0	100,0
ППС-1	3,4	8,6	< 0,001
ППС-2	8,8	21,9	< 0,001
ППС-3	0,0	0,0	< 0,001

Таблица 3

Влияние водной вытяжки ППС на прорастание конидий фитопатогенных грибов р. Bipolaris и Alternaria в присутствии сахарозы (ППС-1, ППС-2 и ППС-3 обозначают образцы № 1, 2 и 3 соответственно)

Вариант	Прорастание, %	Прорастание, % к контролю	Значимость различий с контролем, P
Alternaria sp.
Контроль	71,4	100,0
ППС-1	31,8	44,5	< 0,001
ППС-2	29,2	40,8	< 0,001
ППС-3	28,6	40,0	< 0,001
Bipolaris sorokiniana
Контроль	64,6	100,0
ППС-1	50,5	78,3	< 0,05
ППС-2	24,5	37,9	< 0,001
ППС-3	23,4	36,2	< 0,001

Как видно из представленных данных, несмотря на видовую специфику в реакции грибов р. Bipolaris и Alternaria на разные образцы субстрата, а также неодинаковый эффект от внесе- ния сахарозы в разных вариантах эксперимента, между изучаемыми образцами ППС обнаружены статистически значимые (P < 0,05) различия по интенсивности фунгистатического действия.

Таблица 4

Непараметрический дисперсионный анализ (анализ Фридмана) различий между образцами ППС по способности подавлять прорастание фитопатогенных грибов (P < 0,03878)

Вариант	Средний ранг	Сумма рангов	Среднее снижение прорастания относительно контроля, %	Стандартное отклонение от среднего
ППС-1	1,250000	5,00000	57,29498	28,53959
ППС-2	1,750000	7,00000	66,12117	8,36455
ППС-3	3,000000	12,00000	80,94729	22,05449

Максимальной активностью обладает образец № 3 (среднее снижение прорастания конидий – 80,9 %), минимальной активностью – образец №1 (среднее снижение прорастания конидий – 57,3 %). Образец № 2, занимающий второе место по фунгистатической активности, показал максимальную стабильность эффекта в разных вариантах эксперимента (стандартное отклонение от среднего составило 8,4 против 28,5 и 22,1 у образцов № 1 и 3).

Суммируя результаты проведенных исследований, можно отметить следующее. Все изученные образцы ППС обладают способностью подавлять прорастание конидий фитопатоген-ных грибов р. Bipolaris и Alternaria как в отсутствии индуктора прорастания, так и в присутствии индуктора прорастания в виде сахарозы. Максимальное подавление прорастания наблюдается в образце № 3, минимальное – в образце № 1. Указанные различия между образцами почвоподобного субстрата по степени проявления фунгистатической активности прямо коррелируют с длительностью использования субстрата для выращивания растений: минимальная активность наблюдается у свежеприготовленного субстрата, максимальная – у субстрата, на котором было проведено 2,5 цикла выращивания пшеницы. Вероятной причиной данного феномена является стимулирующее действие корневых выделений растений на развитие в субстрате микробного сообщества, обладающего антагонистической активностью в отношении фитопатогенных грибов.

Выводы

• 1.    В отсутствии сахарозы все образцы почвоподобного субстрата статистически значимо ингибируют прорастание конидий фитопатоген-ных грибов р. Bipolaris и Alternaria . В зависимости от вида фитопатогена и образца субстрата эффект варьирует от полного подавления прорастания конидий до снижения прорастания на 60,6 % относительно контроля.

• 2.    Внесение индуктора прорастания в виде сахарозы увеличивает прорастание конидий как в контроле, так и в вариантах с почвоподобным субстратом на 10,7–47,1 процентных пунктов в зависимости от фитопатогена и от образца субстрата. Тем не менее, статистически значимое снижение прорастания конидий (на 21,7–63,8 %

• 3.    В целом по всем вариантам эксперимента максимальной антифунгальной активностью обладает образец почвоподобного субстрата, на котором было проведено два цикла выращивания пшеницы (среднее снижение прорастания конидий – на 80,9 %), минимальной активностью – свежеприготовленный образец (среднее снижение прорастания конидий – на 57,3 %).

относительно контроля) под влиянием почвоподобного субстрата в присутствии сахарозы сохраняется во всех вариантах эксперимента.