Влияние вносимых в субстрат спорообразующих бактерий рода Bacillus на качество салата листового (Lactuca sativa L.)

Внастоящее время во всем мире растет спрос на новые эффективные и экологически безопасные средства управления продуктивностью и устойчивостью растений. Перспективным является разработка и внедрение в практику биологических препаратов на основе природных штаммов микроорганизмов, проявляющих рострегулирующую, фунги-статическую, иммунизирующую и анти-стрессорную активность в отношении биотических и абиотических стрессоров. К одним из наиболее привлекательных объектов для промышленного производства относятся бактерии рода Bacillus [1-6]. Использование в практике сельского хозяйства эффективных штаммов бактерий данного рода способствует улучшению санитарного состояния почвы, снижает токсическое воздействие на растения ксенобиотиков, что позволяет получать экологически более чистую продукцию. Многочисленными работами, посвященными изучению микрофлоры ризосферы технических, древесных и овощных культур, показано их влияние на продуктивность и урожайность растений. Микроорганизмы, колонизирующие ризосферу, обеспечивают доступ питательных веществ растениям, защищают их от фитопатогенов, а также продуцируют физиологически активные и ростостимулирующие вещества.

Сотрудники Института микробиологии НАН Беларуси разработали ряд микробных препаратов, которые обладают высокой эффективностью при защите корнеплодов свеклы от корневой гнили (Бетапротектин); повышают урожайность бобовых культур на 2025%, обеспечивают снижение норм внесения азотных удобрений на 1530%, фосфорных – на 20-30%, что положительно влияет на плодородие почвы (Ризофос-Trifol, Ризофос-Medic, Ризофос-Gal), защищают овощные и зеленные культуры от болезней в условиях малообъемной гидропоники

(Экогрин) и др. [7]. Большинство работ посвящено выделению, культивированию, изучению защитного от грибных и бактериальных патогенов действия определенных штаммов бактерий рода Bacillus . Однако работ, посвященных изучению влияния бактерий не только на продуктивность, но и на качество продукции сельскохозяйственных культур, крайне мало [8, 9].

Особую ценность представляют овощи, употребляемые в свежем виде, что позволяет использовать содержащиеся в них минеральные элементы и витамины в неизмененном состоянии и количестве. Большинство таких овощей относится к так называемой группе зеленных культур: салат листовой, руккола, салат кочанный, петрушка, лук, шпинат, укроп, щавель, сельдерей и др. Расширение ассортимента зеленных культур возможно как за счет более широкого внедрения в производство новых сортов, так и за счет оптимизации условий их выращивания в открытом и защищенном грунте [10].

Салат листовой (Lactuca sativa L.) является одной из самых распространенных и популярных в мировом овощеводстве зеленной культурой и имеет большое диетическое значение как поставщик биологически активных веществ. Согласно литературным источникам, в 100 г салата содержится 1,35 г белков, 0,15 г жиров, 2,87 г углеводов; содержание сухого вещества составляет около 5-7%. В листьях салата содержится много витаминов (A, B1, B2, B3, B5, B6, B9, C, PP), аминокислот и микроэлементов [11]. Следует отметить, что это усредненные значения, так как химический состав продукции зависит от сорта, а также от состава субстрата, продолжительности и интенсивности освещения, температурного режима и других факторов. Важную роль в формировании продуктивности и качества продукции салата, выращиваемого в защищенном грунте, играет именно состав субстрата, количественный и качественный состав микро- и макроэлементов и других компонентов.

В связи с этим целью работы являлось изучение влияния вносимых в субстрат двух штаммов бактерий рода Bacillus на продуктивность и качество продукции салата листового.

Материал и методы исследования

Объектом исследования служил салат листовой сорта Американский коричневый. В работе использовали выделенные из почвы штаммы спорообразующих бактерий Bacillus subtilis М9/6 и Bacillus amyloliquefaciens 23ТМ, проявляющие высокую антагонистическую активность к широкому спектру фитопатогенов. Данные штаммы предоставлены сотрудниками Института микробиологии НАН Беларуси. Условия культивирования бактерий детально изложены в работе [12].

Посев семян салата проводили в емкости объемом 250 мл, заполненные торфяным субстратом «Двина» (N – 100180 мг/100 г сухого вещества, P₂O₅ – 110190 мг/100 г, K 2 O – 200-340 мг/100 г, рН=5,5-6,5) с дополнительным внесением минеральных удобрений (N – 60 мг/100 г, P 2 O 5 – 75 мг/100 г, K 2 O – 75 мг/100 г) (контрольный вариант, рН=6,6). В половину опытных вариантов бактериальные штаммы М9/6 и 23ТМ вносили при подготовке субстрата к посеву в количестве 10 и 5 мл/л субстрата, соответственно, в концентрации 10⁶ клеток/мл. Данные варианты в таблицах условно обозначены «субстрат». Во вторую половину опытных вариантов внесение бактериальных штаммов осуществляли путем полива всходов салата растворами с таким же объемом бактериальной суспензии, как и при добавлении при подготовке субстрата к посеву. Повторность опыта 3-хкратная, количество растений в варианте – 10 штук. Выращивание растений проводили под световыми установками с освещенностью 13-15 тыс. люкс и продолжительностью освещения 14 часов до наступления технической спелости салата.

Таблица 1. Влияние бактериальных штаммов Bacillus subtilis М9/6 и Bacillus amyloliquefaciens 23ТМ на массу розетки листьев и содержание в листьях сухого вещества

Table 1. The effect of bacterial strains of Bacillus subtilis M9/6 and Bacillus amyloliquefaciens 23TM on the mass of the rosette of leaves and the content in the leaves of dry matter

Вариант	Масса розетки листьев, г	Содержание сухого вещества, %
Контроль	12,74±1,74	5,87±0,12
М9/6 субстрат	12,87±1,85	6,28±0,18*
М9/6 полив	11,27±1,55	5,95±1,08
23ТМ субстрат	14,31±3,73	7,22±0,53*
23ТМ полив	12,61±2,33	5,84±1,43

Примечание: * Различия достоверны по сравнению с контролем при р = 0,05

Критериями качества продукции служили: содержание сухого вещества, водорастворимых углеводов (моно- и дисахаридов), витаминов С (аскорбиновой кислоты) и Р (рутина) и нитратов в листьях салата. Определение количественного содержания водорастворимых углеводов проводили по методике [13], витаминов С и Р – по методам [14] на спектрофотометре СФ-46, нитратов – [15] на «Нитратомере рNO3-07».

Статистическую обработку данных осуществляли общепринятыми методами [16]. В работе приведены средние значения и их отклонения, указывающие на величину доверительного интервала с использованием коэффициента Стьюдента (при р = 0,05).

Полученные результатыи их обсуждение

Установлено, что в опытных вариантах масса розетки листьев находилась на уровне контрольного значения (табл. 1) При этом отмечалось накопление сухого вещества в листьях растений, выращенных на субстратах с добавлением перед посевом штамма Bacillus amyloliquefaciens 23ТМ и Bacillus subtilis М9/6.

Известно, что водорастворимые моносахара в листьях представлены фруктозой и глюкозой, а дисахариды – сахарозой. Увеличение концентрации сахаров в продукции растениеводства свидетельствует о повышении ее пищевой ценности [17]. Установлено, что суммарное содержание водорастворимых углеводов в листьях салата возрастало во всех опытных вариантах. При этом наибольшее накопление сахаров происходило при внесении бактерий рода Bacillus в субстрат перед посевом семян. Так, добавление в торфяной субстрат штамма B.subtilis М9/6 способствовало накоплению водорастворимых углеводов на 82,4% больше, чем в контроле, штамма B. amyloliquefaciens 23ТМ – на 225,6%. Следует отметить, что увеличение содержания углеводов происходило за счет накопления как моносахаров, так и транспортной формы углеводов – сахарозы (рис. 1).

Как указывалось ранее, зеленные культуры являются важным источником витаминов. Содержание витаминов в растениях зависит от условий выращивания, фазы развития растений и сортовых особенностей [18]. Установлено, что добавление в торфяной субстрат бактерий рода Bacillus способствовало накоплению растениями салата значительного количества витамина С: так, при внесении штамма B.subtilis М9/6 данный показатель относительно контрольного значения составил 167,4%, при внесении штамма B. amyloliquefaciens 23ТМ – 200,0% (табл. 2). Как отмечалось ранее, большее стимулирующее действие бактерии оказывали при внесении их в субстрат. Следует отметить, что штамм B. amyloliquefaciens 23ТМ, вносимый в субстрат, способствует также накоплению листьями салата витамина Р (рутина). Сравнивая влияние двух штаммов бактерий рода Bacillus, можно отметить более выраженное регуляторное и стимулирующее действие бактерий Bacillus amyloliquefaciens штамма 23ТМ.

Наряду с этим, важным критерием качества продукции является содержа-

Таблица 2. Влияние бактериальных штаммов Bacillus subtilis М9/6 и Bacillus amyloliquefaciens 23ТМ на содержание витаминов С и Р в листьях салата

Table 2. The effect of bacterial strains of Bacillus subtilis M9/6 and Bacillus amyloliquefaciens 23TM on the content of vitamins C and P in lettuce leaves

Вариант	Содержание витамина С, мг/100 г сырой массы	Содержание витамина Р, мг/100 г сырой массы
Контроль	4,3±0,17	0,20±0,016
М9/6 субстрат	7,2±0,33*	0,17±0,014
М9/6 полив	6,7±1,02*	0,21±0,013
23ТМ субстрат	8,6±0,34*	0,27±0,019*
23ТМ полив	8,1±0,28*	0,17±0,014

Примечание: * Различия достоверны по сравнению с контролем при р = 0,05

Рисунок 1. Влияние бактериальных штаммов Bacillus subtilis М9/6 и

Bacillus amyloliquefaciens 23ТМ на содержание водорастворимых углеводов в листьях салата: с – внесение в субстрат, п – полив.

Figure 1. The effect of bacterial strains of Bacillus subtilis M9/6

and Bacillus amyloliquefaciens 23ТМ on the content of water-soluble carbohydrates in lettuce leaves: с - introduction into the substrate, п - watering.

ние в ней нитрат-ионов. Предельно допустимая концентрация (ПДК) нитратов в овощах и фруктах – мера насыщенности данными веществами, при превышении которой отмечаются отрицательные последствия для организма человека. Для листового салата, выращенного в закрытом грунте, ПДК составляет 3000 мг/кг сырой массы [19, 20]. Установлено, что внесение в субстрат перед посевом бактерий рода Bacillus приводило к снижению содержания нитратов в листьях салата (рис. 2). Так, внесение в субстрат штамма B. subtilis М9/6 способствовало снижению содержания нитрат-ионов в готовой продукции на 50,3%, а штамма B. amyloliquefaciens 23ТМ – на 39,1%. Применение штаммов путем полива всходов салата не изменяло содержание нитрат-ионов в листьях в случае B.subtilis М9/6 и вызывало повышение на 25,6% в случае B. amyloliquefaciens 23ТМ.

Рисунок 1. Влияние бактериальных штаммов Bacillus subtilis М9/6 и Bacillus amyloliquefaciens 23ТМ на содержание водорастворимых углеводов в листьях салата: с – внесение в субстрат, п – полив.

Figure 1. The effect of bacterial strains of Bacillus subtilis M9/6 and Bacillus amyloliquefaciens 23ТМ on the content of water-soluble carbohydrates in lettuce leaves: с - introduction into the substrate, п - watering.

Выводы

Результаты проведенных исследований свидетельствуют об эффективности применения бактерий рода Bacillus при выращивании растений салата в условиях защищенного грунта с целью получения продукции высокого качества. Установлено, что внесение в субстрат при его подготовке к посеву бактериального штамма Bacillus subtilis М9/6 в концентрации 10⁶ клеток/мл в объеме 10 мл/л субстрата, а также штамма Bacillus amyloliquefaciens 23ТМ в количестве 5 мл/л субстрата повышало пищевую ценность данной культуры: увеличивалось содержание сухого вещества, водорастворимых углеводов (моно- и дисахаридов), витамина С. Бактериальный штамм B. amyloliquefaciens 23ТМ в том числе способствовал накоплению листьями салата рутина. Наряду с этим содержание нитратов в готовой продукции снижалось на 50,3% и 39,1%, соответственно.

• • Литература

  • 1.    Монастырский О.А., Першакова Т.В. Современные проблемы и решения создания биопрепаратов для защиты сельскохозяйственных культур от возбудителей болезней // Прикладная биохимия и микробиология. 2011. Т.47. №4. С.1-14.

  • 2.    Жиглецова С.К., Дунайцев И.А., Бесаева С.Г. Возможности применения микроорганизмов для решения задач экологической и продовольственной безопасности // Агрохимия. 2010. №6. С.83-96.

  • 3.    Chourdhary D., Johri В. Interaction of Bacillus spp. and plants – with special reference to induced systemic resistance (ISR) // Microbiol. Res. 2009. V.164. P.493-513.

  • 4.    Hashem A., Allah E. F., Alqarawi A. A. [et. al.] Impact of Plant Growth Promoting Bacillus subtilis on growth and physiological parameters of Bassia indica (Indian Bassia) Growth under salt stress // Pac. J. Bot. 2015. V.5 (47). P.1735-1741.

  • 5.    Perez-Garcia A., Romero D., Perez-Garcia A. [et. al.] Plant protection and growth stimulation by microorganisms: biotechnological applications of Bacilli in agriculture // Current Opinion in Biotechnologi. 2011. V.22. P.187-193.

  • 6.    Sayed S.A., Atef A.S., Soha E. Response of three sweet basil cultivars to inoculation with Bacillus subtilis and arbuscular mycorrhizal fungi under salt stress conditions // Nature and Science. 2011. V.6 (9). P.93-111.

  • 7.     http://mbio.bas-net.by . (Дата обращения 09.01.2019).

  • 8.    Сопрунова В.Е., Байрамбеков Ш.Б. Качество и потребительские свойства картофеля, выращенного с применением биопрепарат на основе бактерий рода Bacillus // Хранение и переработка сельхозсырья. 2017. № 7. С.45-48.

  • 9.    Radhakrishnan R., Lee I. Gibberellins producing Bacillus methylotrophicus KE2 supports plant growth and enhances nutritional metabolites and food values of lettuce // Plant Physiology and Biochemistry. 2016. V. 109. P. 181-189.

  • 10.    Бобкова О.Н. Оценка исходного материала для селекции салата кочанного по комплексу хозяйственно ценных признаков в зависимости от сроков сева // Земледелие и защита растений. 2018. № 6 (121). С. 33-37.

  • 11.     http://sostavproductov.ru/producty/ovoshchi/salat-listovoy . (Дата обращения 17.12.2018).

  • 12.    Калацкая Ж.Н., Дорощук О.В., Ламан Н.А. [и др.] Влияние композиций на основе бактерий-антагонистов рода Bacillus и фитогормонов на устойчивость проростков ячменя при солевом стрессе // Микробные биотехнологии: фундаментальные и прикладные аспекты: сб. науч. тр. / редкол.: Э.И. Коломиец (гл. ред.) [и др.]. Минск, 2017. Т.9. С.183-190.

  • 13.    Кабашникова Л.Ф., Калитухо Л.Н., Деревинский А.В. Количественный анализ свободных и связанных углеводов в одной навеске растительной ткани: учеб.-метод. пособие. Минск: БГПУ, 2003. 22 с.

  • 14.    Воскресенская О.Л., Алябышева Е.А., Половникова М.Г. Большой практикум по биоэкологии. Ч. 1: учеб. пособие. Йошкар-Ола, 2006. 107 с.

  • 15.    МУ 5048-89 Методические указания по определению нитратов и нитритов в продукции растениеводства. М., 1989 г. 24 с.

  • 16.    Рокицкий П.Ф. Биологическая статистика: учеб. пособие. 3-е изд., испр. Минск: Вышэйш. шк., 1973. 318 с.

  • 17.    Методы биохимического исследования растений / под. ред. А.И. Ермакова. 3-е изд., перераб. и доп. Л.: Агропромиздат, 1987. 430 с.

  • 18.    Дурынина Е.П., Егоров В.С. Агрохимический анализ почв, растений, удобрений. М., 1998. 113 с.

  • 19.    Постановление Главного государственного санитарного врача Республики Беларусь от 21 ноября 2005 г. № 183 О внесении изменений и дополнений в Санитарные правила и нормы "Гигиенические требования к качеству и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов" 11 63 РБ 98.

  • 20.    Санитарно-гигиенические нормы «Допустимые уровни содержания нитратов в продуктах растительного происхождения и методы их определения». СанПиН 42123-4619-88.

• • References

  • 1.    Monastyrskiy O.A., Pershakova T.V. The modern problems and solutions of creation of biological products for protection of crops against agents of diseases // Applied biochemistry and microbiology. 2011. V.47. № 4. P.1-14.

  • 2.    Zhigletsova S.K., Dunaytsev I.A., Besaeva S.G. Possibilities of application of microorganisms for solving of problem of environmental and food security // Agrochemistry. 2010. №6. P.83-96.

  • 3.    Chourdhary D., Johri В. Interaction of Bacillus spp. and plants – with special reference to induced systemic resistance (ISR) // Microbiol. Res. 2009. V.164. P.493513.

  • 4.    Hashem A., Allah E.F., Alqarawi A.A. [et. al.] Impact of Plant Growth Promoting Ba-cillus subtilis on growth and physiological parameters of Bassia indica (Indian Bassia) Growth under salt stress // Pac. J. Bot. 2015. V.5 (47). P.1735-1741.

  • 5.    Perez-Garcia A., Romero D., Perez-Garcia A. [et. al.] Plant protection and growth stimu-lation by microorganisms: biotechnological applications of Bacilli in agriculture // Current Opinion in Biotechnologi. 2011. V.22. P.187-193.

  • 6.    Sayed S.A., Atef A.S., Soha E. Response of three sweet basil cultivars to inoculation with Bacillus subtilis and arbuscular mycorrhizal fungi under salt stress conditions // Nature and Science. 2011. V.6 (9). P.93-111.

  • 7.     http://mbio.bas-net.by . (accessed 9 January 2019).

  • 8.    Soprunova V.E., Bayrambekov Sh. . Quality and consumer properties of potatoes which was grown up with application of biological product on the basis of bacteria Bacillus // Storage and processing of agricultural raw materials. 2017. №7. P.4548.

  • 9.    Radhakrishnan R., Lee I. Gibberellins producing Bacillus methylotrophicus KE2 supports plant growth and enhances nutritional metabolites and food values of lettuce // Plant Physi-ology and Biochemistry. 2016. V.109. P.181-189.

  • 10.    Bobkova O.N. Assessment of a starting material for selection of cabbage lettuce on a complex of valuable signs depending on sowing terms // Agriculture and protection of plants. 2018. №6 (121). P.33-37.

  • 11.     http://sostavproductov.ru/producty/ovoshchi/salat-listovoy . (accessed 17 December 2018).

  • 12.    Kalatskaja Zh.N., Doroshchuk O.V., Laman N.A. [et. al.] Influence of compositions on the basis of bacteria Bacillus and phytohormones on stability of sprouts of barley at a salt stress // Microbic biotechnologies: fundamental and applied aspects. Minsk, 2017. V.9. P.183-190.

  • 13.    Kabashnikova L.F., Kalitukho L.N., Derevinskiy A.V. The quantitative analysis of the free and bound carbohydrates in one shot of vegetable tissue. Minsk: BGPU, 2003. 22 p.

  • 14.    Voskresenskaya O.L., Alyabysheva E.A., Polovnikova M.G. Big workshop on a bioecology. Part 1. Yoshkar-Ola, 2006. 107 p.

  • 15.    MD 5048-89 Methodical directives by definition of nitrates and nitrites in products of crop production. 1989. 24 p.

  • 16.    Rokitskiy P.F. Biological statistics. 1973. 318 p.

  • 17.    Methods of a biochemical research of plants / entrance of an edition of A.I. Ermakov. 1987. 430 p.

  • 18.    Durynina E.P., Egorov V.S. Agrochemical analysis of soils, plants, fertilizers. 1998. 113 p.

  • 19.    The resolution of the Chief state doctor of the Republic of Belarus by November 21, 2005 № 183 About modification and additions in Health regulations and norms "Hygienic requirements to quality and safety of food staples and foodstuff" 11 63 RB 98.

  • 20.    Sanitary and hygienic norms "Acceptable levels of content of nitrates in products of plant origin and methods of their definition". SanRaN 42-123-4619-88.