Изменение декоративных признаков растений в результате влияния Bacillus subtilis 10-4

Acknowledgments : the work was carried out under the Fundamental Research Program of the Presidium of the Russian Academy of Sciences "Biodiversity of Natural Systems and Plant Resources of Russia: Assessment of the State and Monitoring of Dynamics, Problems of Conservation, Reproduction, Increase and Rational Use" and within the framework of the state assignment of the South Ural Branch of the Ufa Federal Research Center of the Russian Academy of Sciences on topic № 122033100041-9 and partially within the framework of the state assignment of the Institute of Biodiversity of the Ufa Federal Research Center of the Russian Academy of Sciences on topic № AAAA-A21-121011990120-7.

Введение. Многолетники дарят цветоводам безграничное разнообразие оттенков, текстур, форм и размеров с ранней весны и до поздней осени. Они позволяют решать важные задачи по формированию уникальной ландшафтной композиции разного масштаба. Выбирая многолетники для сада, прежде всего важно учитывать условия выращивания цветочно-декора- тивных культур в данном регионе и применять препараты, которые будут повышать декоративные качества и стрессоустойчивость растений. Для этих целей успешно используют новые ростостимулирующие методы на основе бактерий и фитогормонов, безопасных для человека и окружающей среды.

В последние десятилетия ведется активный поиск и разработка высокоэффективных универсальных микробных препаратов, конструированных из полезных эндофитных бактерий, которые обладают широким спектром выраженных антагонистических, ферментных, интерферониндуци-рующих, иммуномодулирующих свойств и представляют собой одну из перспективных групп в биотехнологии [1, 2]. Известно, что салициловая кислота, являясь сигнальной молекулой, играет ключевую роль в формировании защитных реакций растений на действие различных биотических и абиотических стресс-факторов [3, 4].

Цель исследования – оценить биологическую эффективность внекорневого внесения салициловой кислоты и Bacillus subtilis 10-4 при выращивании декоративных многолетних культур в условиях открытого грунта в Башкирском Предуралье.

Объекты и методы. Hosta×hybridа hort. ‘Antioch’ (хоста гибридная ‘Antioch’) (сем. Hostaceae Mathew) – многолетнее теневыносливое декоративно-лиственное травянистое растение [5]. Phlox paniculata L. ‘Schneepiramide’ (флокс метельчатый ‘Schneepiramide’), (сем. Polemoniaceae Juss.) – многолетнее, травянистое растение, высотой до 120 см, для миксбордеров, клумб и бордюров [6]. Lilium × hybridа hort. ‘Royal Fantasy’ (лилия гибридная ‘Royal Fantasy’), (сем. Liliaceae Juss.) - луковичный многолетник, ЛА-гибрид. Высаживают в цветниках всех типов, также используют в качестве срезочной культуры и для выгонки [7].

Для выявления воздействия бактерий Bacillus subtilis ВКПМ В-12988 (105 KOE/мл) (далее Bs) и ее композиции с салициловой кислотой (0,05 мм (миллимоль)) (далее СК) на декоративные качества некоторых многолетних цветочных растений был проведен опыт в условиях Башкирского Предуралья. Штамм Bs 10-4 был ранее выделен из пахотных почв Республики Башкортостан в Башкирском НИИСХ УФИЦ РАН (г. Уфа), идентифицирован по нуклеотидной последовательности гена 16s рРНК, детально охарактеризован [8] и депонирован в БРЦ ВКПМ (№ В-12988 от 23.06.2019). Для получения ино-кулюма штамм 10-4 культивировали на среде Луриа-Бертани (LB) при 37 °С, 180 об/мин в течение 24 ч (до достижения концентрации клеток 109 KOE/мл) и разбавляли стерильной водой до концентрации 105 KOE/мл, отобранной ранее в качестве оптимальной в стимуляции роста и защите растений от стрессов [9]. Концентрацию бактериальных клеток определяли при OD600 на спектрофотометре SmartSpecTM Plus (Bio– Rad, Hercules, США).

В период от появления всходов до первого цветения у растений отмечали количество и размеры листьев, высоту и толщину побега, общее состояние растений. У генеративных особей каждые 7 дней измеряли морфологические показатели цветка [10]. Оценку декоративных признаков растений определяли по методике, разработанной в Ботаническом саду МГУ [11]. Плотность соцветия рассчитывали как соотношение числа одновременно цветущих цветков в соцветии к длине цветоноса в соответствии с методикой А.С. Кашина и др. [12].

Математическую обработку данных осуществляли с помощью общепринятых методов вариационной статистики с использованием пакета программ AgCStat в виде надстройки Excel. Для оценки статистической значимости различий между вариантами использовали дисперсионный анализ с последующим выполнением post-hoc теста Фишера. Различия оценивали как статистически значимые при р ≤ 0,05.

Результаты и их обсуждение. По результатам наблюдений выявлено, что максимальная высота растений лилий и хосты наблюдается в варианте Bs (48,5 и 44,7 см соответственно), у флокса – в варианте К (68,7 см); минимальная – у всех культур в варианте Bs+СК (хоста – 39,7 см; лилия – 46,5 см; флокс – 58,3 см) (табл. 1).

У H. hybridа ‘Antioch’ наибольшие значения количества листьев (333,3 шт.), ширины листа (6,8 см), числа цветков в соцветии (12 шт.), высоты и диаметра цветка (5,4 и 3,5 см соответственно) и высоты соцветия (20,5 см) отмечены в варианте Bs; наименьшие – в варианте К, за исключением диаметра цветка, где минимальное значение отмечено в варианте Bs+СК (3,2 см). Количество генеративных побегов варьировало от 28,5 (К) до 45,7 шт. (Bs+СК); длина листа от 16,5 (Bs) до 17,7 см (К) (табл. 2). Плотность соцветия выше в вариантах К и Bs (по 0,6 шт/см); толщина листа – в вариантах К и Bs+СК (0,9 мм).

По результатам оценки частных различий между отдельными вариантами опыта у параметров количество листьев и генеративных побегов на основании post-hoc теста Фишера выделены 2 однородные группы: в первую группу входит вариант К; во вторую – варианты Bs и Bs+СК. Статистическая значимость различий между вариантами для остальных изучаемых признаков несущественна.

Таблица 1

аз с о 1— аз аз СО	ф 1— о аз о о со	о4 о	ф ! s СО о	■хр 0s о	os' со о с; d	хр 0s О	os' 5 о X 3	хр 0s О	os' о с; СО 2 S’ с; о	•хр 0s О
Hosta×hybridа hort. ‘Antioch’
К	41,8±6,5	38,2	229,3±28,3	21,4	17,7±1,1	10,9	6,0±0,8	24,2	0,9±0,1	22,9
Bs	44,7±6,6	36,2	333,3±18,4	9,6	16,5±0,3	3,0	6,8±0,2	4,2	0,7±0,1	33,1
Bs+СК	39,7±5,2	32,1	310,0±15,3	8,5	16,8±0,7	7,5	6,7±0,4	10,4	0,9±0,1	9,4
Phlox paniculata ʽ Schneepiramide ʼ
К	68,7+6,1	21,8	25,3+4,7	31,9	11,5+1,5	23,2	3,5+0,4	20,0	0,9+0,1	10,8
Bs	66,7+6,7	24,8	28,0+11,1	39,8	11,8+0,6	8,5	4,3+0,5	18,2	0,9+0,2	36,3
Bs+СК	58,3+8,2	34,4	18,7+3,5	32,7	11,1+2,0	31,8	2,9+0,2	13,8	0,7+0,1	18,9
Lilium×hybridа hort. ‘Royal Fantasy’
К	47,9±3,9	19,9	62,3±3,7	10,3	8,8±0,5	9,3	1,5±0,1	10,0	0,7±0,0	7,7
Bs	48,5±1,7	8,5	61,7±1,5	4,1	8,7±0,2	3,0	1,9±0,2	13,9	0,6±0,1	13,2
Bs+СК	46,5±2,1	10,9	58,3±3,7	11,0	9,2±0,1	1,7	1,7±0,1	12,5	0,9±0,1	25,1

Здесь и далее : К – контрольный вариант опыта; Bs – вариант с бактеризацией; Bs+СК – вариант с бактеризацией с добавлением салициловой кислоты; жирным шрифтом выделены значения, статистически значимо (р ≤ 0,05) отличающиеся от контроля.

Таблица 2

Некоторые морфометрические показатели генеративных органов декоративных растений

аз с о 1— X аз аз СО	X X со . S 1 £ 3 ¥ 2 ф ф о о со с i о	хр 0s о	§ 3 ф X аз s О 2 1 о S о ^ аз	хр 0s О	5 о os' 1— Ф аз ZT ф аз	хр 0s О	5 о S 1— ф аз ZT аз о m	хр 0s О	5 о аз - о s о 2? СО “ о О	хр 0s О	СК 1— ф аз ZT о ^ о о О =1 о X 1— о 1=
Hosta×hybridа hort. ‘Antioch’
К	28,5±4,8	40,9	7,3±0,1	20,8	3,4±0,2	10,4	4,8±0,2	8,4	12,3±1,5	20,4	0,6
Bs	45,0±9,4	51,3	12,0±2,3	33,3	3,5±0,4	20,0	5,4±0,2	5,7	20,5±1,5	12,2	0,6
Bs+СК	45,7±8,9	47,5	8,3±0,3	6,9	3,2±0,2	11,1	5,3±0,3	8,2	19,0±2,9	26,3	0,4
Phlox paniculata ʽ Schneepiramide ʼ
К	4,7±0,7	24,7	85,7±20,9	42,2	3,1±0,2	10,0	2,4±0,0	2,4	13,3±1,9	24,1	6,4
Bs	8,3±1,5	30,2	116,0±22,3	33,3	2,9±0,2	10,4	2,7±0,1	9,2	15,0±2,7	30,6	7,7
Bs+СК	3,0±0,58	33,3	103,0±38,5	64,7	3,2±0,1	4,7	2,6±0,2	15,2	17,7±3,5	34,2	5,8
Lilium×hybridа hort. ‘Royal Fantasy’
К	1,3±0,2	21,7	5,5±0,3	15,3	11,9±0,6	11,9	8,7±0,2	3,3	15,1±0,2	2,4	0,4
Bs	2,5±0,3	20,0	7,0±0,5	17,5	12,6±0,3	5,7	8,7±0,3	5,5	15,2±0,2	1,9	0,5
Bs+СК	2,0±0,3	25,0	6,0±0,3	10,6	12,7±0,5	9,1	9,0±0,3	5,6	15,7±0,4	4,9	0,4

Некоторые морфометрические показатели декоративных растений

Таким образом, у хосты в варианте Bs увеличились следующие морфометрические параметры: высота растений – в 1,1 раза; количество листьев – 1,5; ширина листа – 1,1; число цветков в соцветии – 1,6; диаметр цветка – 1,03; высота цветка – 1,1 и высота соцветия – в 1,7 раза. В варианте Bs+СК количество генеративных побегов повысилось в 1,6 раза.

У лилии наибольшие значения ширины листа (1,3 см), числа цветков в соцветии (7,0 шт.) и плотности соцветия (0,5 шт/см) отмечены в варианте Bs, наименьшие – в варианте К. Количество генеративных побегов варьировал от 1,3 (К) до 2,5 шт. (Bs). Длина (9,2 см) и толщина (0,9 см) листа, диаметр (12,7 см) и высота (12 см) цветка, высота соцветия (15,7 см) максимальны в варианте Bs+СК, минимальны – в варианте Bs, за исключением высоты соцветия и диаметра цветка, где наименьшие значения наблюдаются в варианте К. Статистическая значимость различий между вариантами изученных признаков незначительна.

Таким образом, у лилии обработка бактериями положительно повлияла на такие морфометрические параметры, как высота растений (увеличила в 1,1 раза), ширина листа (в 1,3 раза), количество генеративных побегов (в 1,9 раза) и цветков в соцветии (в 1,3 раза), плотность соцветия (в 1,3 раза). Bs в комплексе с СК повысили такие параметры, как высота и диаметр цветка, длина и толщина листа, но ингибировали рост растений.

У флоксов наибольшие значения изученных морфометрических параметров отмечаются в варианте Bs, за исключением диаметра цветка и длины соцветий (максимум в варианте Bs+СК); а также высоты растений (максимум в варианте К).

По результатам оценки частных различий между отдельными вариантами опыта у параметра количество генеративных побегов на основании post-hoc теста Фишера выделены 2 однородные группы: в первую группу входит вариант Bs; во вторую – варианты К и Bs+СК; у параметра плотность соцветия выделены 3 разнородные группы.

Таким образом, у флоксов бактеризация увеличила такие морфометрические параметры, как количество листьев в 1,1 раза; длину и ширину листьев – в 1,03 и 1,2 раза соответственно; количество генеративных побегов - 1,8; число цветков в соцветии – в 1,4; высоту цветка - 1,1 и плотность соцветия – в 1,2 раза. Бактерии в комплексе с СК повысили показатели диаметра цветка в 1,1 раза и высоты соцветия – в 1,2 раза.

Для сравнения объективной количественной оценки по методике, разработанной в Ботаническом саду МГУ (Ефимов, 2014), использовали данные биометрических показателей декоративности: диаметр и количество цветков. Площадь горизонтальной проекции одного цветка вычисляли по формуле площади круга. Затем полученные значения умножали на количество цветков на одном растении. Результат - площадь проекции цветового пятна на куст, кв. м, представлен в таблице 3. Эти данные наглядно показывают, какую цветочную нагрузку несут растения во время цветения, следовательно, насколько они декоративны. Наибольшая площадь горизонтальной проекции цветового пятна на побег у хосты и лилии отмечалась в варианте Bs, у флокса – в варианте Bs+СК; наименьшая – в варианте К.

Таблица 3

Площадь горизонтальной проекции цветового пятна на куст декоративных растений

Вариант опыта	Диаметр цветка, см	Число одновременно цветущих цветков в соцветии, шт.	Площадь горизонтальной проекции одного цветка, кв.м	Площадь горизонтальной проекции цветового пятна на побег, кв.м	Оценка декоративных качеств, баллы
1	2	3	4	5	6
Hosta × hybridа hort. ‘Antioch’
К	3,4±0,2	7,3±0,1	0,0009	0,007	88
Bs	3,5±0,4	12,0±2,3	0,0010	0,012	94
Bs+СК	3,2±0,2	8,3±0,3	0,0008	0,007	89
Lilium × hybridа hort. ‘Royal Fantasy’
К	11,9±0,6	5,5±0,3	0,011	0,061	88
Bs	12,6±0,3	7,0±0,5	0,012	0,087	95
Bs+СК	12,7±0,5	6,0±0,3	0,013	0,076	92

Окончание табл. 3

1	2	3	4	5	6
Phlox paniculata ‘Schneepiramide’
К	3,1±0,2	85,7±20,9	0,0008	0,065	83
Bs	2,9±0,2	116,0±22,3	0,0007	0,077	93
Bs+СК	3,2±0,1	103,0±38,5	0,0008	0,083	86

Таким образом, выявлено, что у изученных многолетников бактеризация положительно повлияла на площадь горизонтальной проекции цветового пятна на побег, тем самым улучшая декоративные качества.

Для определения влияния Bs и Bs+СК на декоративность растений использовали 100-балльную шкалу. Из декоративных признаков оценивались: окраска цветка (до 10–20 баллов), размер цветка (до 5–10), форма цветка (до 5–10), окраска листьев (до 10), соцветие (до 5–15), длина и прочность цветоноса (до 5), аромат (до 5–10), обилие цветения (до 5–10), длительность цветения (до 5–10), устойчивость к неблагоприятным условиям (до 10), декоративность куста (до 10– 20), оригинальность (до 10–15), состояние растений (до 5 баллов). Лучшими считаются варианты, набравшие не менее 90 баллов. Показано, что максимальное количество баллов набрали растения, инокулированные Bs (93–95 баллов).

Таким образом, у H. hybridа ‘Antioch’ в варианте Bs увеличились такие морфометрические параметры, как высота растений, количество листьев, ширина листа, число цветков в соцветии, диаметр цветка, высота цветка и длина соцветия; у L. hybridа ‘Royal Fantasy’ - размер цветка, плотность соцветий и обилие цветения; у Ph. paniculata ‘Schneepiramide’ - размеры соцветия, обилие и длительность цветения.

Заключение. Выявлено, что эффективность различных комбинаций бактерий с салициловой кислотой неоднозначна и зависит от видовых и сортовых особенностей.

При обработке B. subtilis 10-4 у H. hybridа ‘Antioch’ увеличились такие морфометрические параметры, как высота растений, количество листьев, ширина листа, число цветков в соцветии, диаметр цветка, высота цветка и длина соцветия; у L. hybridа ‘Royal Fantasy’ - размер цветка, плотность соцветий и обилие цветения; у Ph. paniculata ‘Schneepiramide’ - размеры соцветия, обилие и длительность цветения.

При комбинации В. subtilis 10-4 с салициловой кислотой у хосты повысились такие параметры, как количество генеративных побегов; у лилии - высота и диаметр цветка, длина и толщина листа; у флокса - диаметр цветка и высота соцветия.

Выявлено, что обработка В. subtilis 10-4 положительно повлияла на площадь горизонтальной проекции цветового пятна на побег, обилие цветения и плотность соцветий, тем самым улучшая декоративные качества у изученных таксонов. В целом совокупность полученных данных свидетельствует в пользу эффективности внекорневого внесения салициловой кислоты и B. subtilis 10-4 для повышения декоративности цветочных культур в условиях открытого грунта в Башкирском Предуралье.