18 июня 2016г.
Современные биотехнологии предлагают производству широкий спектр бактериальных препаратов, предназначенных для улучшения биологического состояния почв. Микроорганизмы, входящие в состав улучшителей почв, способствуют накоплению доступных для растений соединений азота и фосфора, нейтрализации щелочности почв, формированию пула гуминовых и фульвокислот, усиливают биоразложение растительных остатков, обеспечивают деструкцию загрязнителей, а некоторые из них, будучи антагонистами фитопатогенов, выполняют защитную роль по отношению к растениям. Однако, активность биопрепарата, продолжительность его действия во многом зависит от специфики почвенных, климатических условий, фона аборигенной микрофлоры, технологий обработки почв, возделываемой культуры, а также от агрессивности техногенных загрязнителей, к которым микроорганизмы должны проявить устойчивость. Целью данного исследования являлось выявление биопрепаратов, пригодных для включения в ресурсосберегающие технологии Оренбуржья. Для экспресс-оценки качества биопрепаратов применили метод биотестирования на проростках двух сортов пшеницы, получивших распространение в регионе. Вели поиск биопрепаратов, способствующих повышению адаптированности растений к почвам, в которые были внесены синтетические натриевые цеолиты. Внесение цеолитов было необходимо, как элемент ресурсосберегающих технологий, оптимизирующих водный и воздушный режим в корнеобитаемом слое почвы.
Материалы и методы. В течение трех месяцев проводили совместное компостирование почв с цеолитами и 9 биопрепаратами: Байкал, Фенокс, Агрика, Агрофил, Агрофил с гуматом, Ризоагрин Б, Ризоагрин Б с гуматом, Флавобактерин, Флавобактерин с гуматом. Дозы препаратов рассчитывали в соответствии с прилагаемыми инструкциями по применению препаратов. Чашки Петри с вложенной двухслойной фильтровальной бумагой перед закладкой опыта стерилизовали в сушильном шкафу 2 ч при 130°С, семена обрабатывали 96% этиловым спиртом 2 минуты и многократно промывали стерильной водой. В каждом варианте высевали по 30 семян в чашки Петри, опыт проводился в 4 повторностях. Фитотестирование включало выявление влияния биопрепаратов на всхожесть семян и на индукцию морфометрической изменчивости озимой пшеницы Пионерской 32 и яровой пшеницы Юго-Восточной 2. Изменчивость в характере роста растений оценивали по трем признакам проростков: длина стебля, длина колеоптиля, масса стебля, применяя графическое описание распределения морфометрических признаков и сравнивая статистические параметры выборок. Статистические различия между средними величинами определяли, используя t-критерий Стьюдента [1,2]. Было предусмотрено два контроля: К1– дистиллированная вода; К2 – почвенная вытяжка, выделенная после экспозиции почв с цеолитом. Водные вытяжки почв готовились в пропорции почва:дистиллированная вода – 1:5.
Результаты исследования и обсуждение. 1. Влияние на всхожесть семян пшеницы сортов Пионерская 32 и Юго-Восточная 2 водных вытяжек, выделенных из образцов почв, экспонированных цеолитом в комбинации с биопрепаратами.
Всхожесть семян пшеницы сорта Пионерская 32 под влиянием водных вытяжек почв, экспонированных цеолитом (+Ц) и препаратами превзошла К1 на более, чем 10%, за исключением варианта Ризоагрин Б с гуматом +Ц, где значения несущественно отличались от контроля. Под влиянием водных вытяжек почв, экспонированных препаратом Флавобактерин
+Ц, всхожесть семян Юго-Восточной 2 превзошла
К1
на 18%, в остальных вариантах значения были выше контрольных менее, чем на 10% или соответствовали контрольным, за исключением варианта Ризоагрин Б
+Ц, где всхожесть понизилась на 32% (Рисунок 1). Полученные данные свидетельствует об умеренном стимулирующем влиянии биопрепаратов и цеолита на прорастание семян.
В варианте с внесением цеолитов без применения биопрепаратов (К2) всхожесть семян сорта Пионерская 32 превышала контроль на 23% относительно К1,а сорта Юго-Восточная 2 - на 12%. Ни в одном из вариантов всхожесть семян сорта Пионерская 32 не превзошла К2, хотя из всех вариантов Фенокс+Ц максимально приблизился к контрольным значениям. В вариантах Агрофил+Ц и Ризогрин Б+Ц всхожесть семян была снижена более, чем на 10% относительно контрольных значений, худший результат показал вариант Ризоагрин Б с гуматом+Ц, где показатель снизился на 18%. Остальные значения несущественно отличались от контроля. Относительно К2 во всех вариантах всхожесть семян сорта Юго-Восточная 2 была ниже, контрольных величин менее, чем на 10% или значения были приближены к контрольным, худшим оказался вариант Ризоагрин Б+Ц, где всхожесть снизилась на 39%. Наблюдаемая токсичность водных вытяжек почв, экспонированных цеолитом совместно с биопрепаратами, вероятнее всего, обусловлена повышением титра микроорганизмов и выбросом высокой концентрации их метаболитов , благодаря оптимизации физико-химических свойств почв для развития бактериальной флоры, достигнутой внесением цеолитов. Не исключается и то, что микроорганизмы способствовали ускоренному разложению цеолитов в почве, тогда токсичность почвенной вытяжки может быть вызвана повышением биодоступного минерального фона.
По этому показателю можно сделать заключение, что водные вытяжки, экспонированные цеолитом без внесения биопрепаратов на двух сортах пшеницы, показали лучшие результаты относительно К1, что косвенно свидетельствует о том, что для повышения биологической активности испытанных почв в большей степени необходимо внесение цеолитов, нежели пополнение фона микрофлоры.
2. Влияние на развитие морфометрических признаков проростков пшеницы сортов Пионерская 32 и Юго- Восточная 2 водных вытяжек, выделенных из образцов почв, экспонированных цеолитом в комбинации с биопрепаратами.
Сравнение графиков распределения и статистических параметров контрольных выборок К1 и К2 по трем морфометрическим признакам проростков пшеницы сортов Пионерская 32 и Юго-Восточной 2, показало соответствие их нормальному математическому распределению, однако, выявлены существенные различия по значениям эксцесса, а в кривых распределения признаков выявлены флуктуации, характерные для нестабильной популяции. Оптимизация нормы реакции на почвенные условия, выраженная в снижении эксцесса и асимметрии относительно контроля по всем трем параметрам роста,
не
выявлена ни в одном варианте, ни на одном сорте. По формам кривых распределения длины стебля, возросшим значениям показателей эксцесса и асимметрии относительно К1 и К2 на сорте Пионерская 32, распознаны признаки дизруптивного отбора в популяции и выщепление субгрупп в вариантах: Агрика +Ц, Флавобактерин с гуматом +Ц, Ризогрин Б +Ц. Последние два варианта показали самый высокий коэффициент вариации по длине стебля среди всех вариантов, что также является признаком нестабильности популяции. Статистические характеристики выборок остальных вариантов слабо отличались от контрольных значений. Средние значения длин проростков и колеоптиля показаны на Рисунках 2,3, где варианты препаратов расположены в порядке убывания средних значений длин стебля.
Активность биопрепаратов в большей степени отражена на значениях длины стебля проростков. На сорте Пионерская 32 относительно К1 в вариантах Флавобактерин с гуматом+Ц, Ризоагрин с гуматом+Ц, Агрофил+Ц, Агрика+Ц,
Флавобактерин+Ц средние значения длин стебля снизились более, чем на 10%. На том же сорте длина стебля была увеличена более чем на 10% в вариантах: Байкал+Ц, Цеолит (К2), Фенокс+Ц. Длина колеоптиля сократилась более, чем на 10% во всех вариантах относительно К1. На сорте Юго-Восточная 2 длина стебля сократилась более чем на 10% в вариантах: Байкал+Ц, Агрика+Ц, Флавобактерин с гуматом+Ц, Ризоагрин Б с гуматом+Ц; увеличилась на более чем 10% в вариантах: Ризоагрин Б+Ц, Цеолит (К2), Флавобактерин Б+Ц, Агрофил с гуматом+Ц. Относительно К1 длина колеоптиля сократилась более чем на 10% в вариантах: Байкал+Ц, Агрофил+Ц, Ризоагрин Б с гуматом+Ц, в остальных вариантах изменения не превышали 10%.
Судя по реакции тест-систем, момент токсикации на растения пришелся на период после развития колеоптиля из семени, комбинации биопрепаратов с цеолитами не оказали влияния на морфогенез колеоптиля, следовательно, действие токсичных метаболитов не затрагивает химизм эндосперма семени пшеницы. Однако опыт показывает ингибирование роста стебля при переходе проростков от гетеротрофного питания компонентами эндосперма к автотрофному минеральному питанию.
Одним из проявлений стрессовой реакции, вызванной действием внешних индукторов, и мобилизации эндогенной защиты растений является повышение концентрации этилена в тканях растений [3], что провоцирует антигиббереллиновый эффект в морфогенезе, выражающийся в увеличении значений соотношения массы к длине стебля относительно контроля. При этом по нашим наблюдениям, повышение или понижение соотношения m/l за счет одновременного уменьшения значений массы и длины стебля свидетельствует не о регуляторном, а о токсическом действии раствора. В эксперименте определена токсичность по данному показателю и средним значениям длины и массы стебля относительно К1и К2 на двух сортах в вариантах: Флавобактерин с гуматом+Ц, Ризоагрин Б с гуматом+Ц, Агрика+Ц (Рисунки 4, 5).
1. Флавобактерин+Ц; 2. Ризоагрин Б+Ц; 3. Агрофил с гуматом+Ц; 4. Агрофил+Ц; 5. Флавобактерин с гуматом+Ц; 6. Цеолит (К2); 7. Фенокс+Ц; 8. Байкал+Ц; 9. Дистиллированная вода (К1); 10. Ризоагрин Б с гуматом+Ц; 11. Агрика+Ц
На сорте Пионерская 32 токсичность водных вытяжек проявилась и в комбинациях: Флавобактерин+Ц, Агрофил+Ц. В остальных вариантах, в том числе, при действии цеолита без внесения биопрепаратов (К2), наблюдали стимулирующее морфогенез растений действие почвенных вытяжек, регуляторное антигиббереллиновое действие не выявлено. По последнему факту можно сделать предположение, что натриевые цеолиты в комбинациях с препаратами Флавобактерин с гуматом+Ц, Ризоагрин Б с гуматом+Ц, Агрика+Ц , Флавобактерин+Ц, Агрофил+Ц могут обладать взаимоусиливающим (синергичным) действием, следовательно, возникает перспектива создания нового биопрепарата, где в качестве субстрата-носителя микрофлоры применимы цеолиты.
По результатам тестирования почв, экспонированных натриевыми цеолитами и биопрепаратами, пришли к следующим выводам:
1. Совместное действие изученных биопрепаратов и цеолита оказывает умеренное стимулирующее действие на прорастание семян.
2. Водные вытяжки почв, содержащих цеолит и его комбинации с биопрепаратами, не оказали существенного влияния на развитие колеоптиля проростков пшеницы, следовательно отсутствовала токсикация этих растворов на эндосперм семени в фазе прорастания растений; активный формообразующий эффект метаболитов микроорганизмов проявился при переходе проростков от гетеротрофного питания компонентами эндосперма к автотрофному минеральному питанию.
3. По результатам анализа характера распределения трех морфометрических признаков и статистических показателей выборок ни один из испытанных вариантов не показал признаки оптимизации условий культивирования, т.е. ни одна из комбинаций не может определяться как адаптогенный фактор.
4. Анализ морфометрии в фитотестах выявил токсичность водных вытяжек почв, гипотетически вызванную метаболической гиперактивностью бактерий в присутствии цеолитов, на двух сортах в вариантах: Флавобактерин с гуматом+Ц, Ризоагрин Б с гуматом+Ц, Агрика+Ц; а на сорте озимой пшеницы еще и в комбинациях: Флавобактерин+Ц, Агрофил+Ц.
5. Препараты Флавобактерин с гуматом, Ризоагрин Б с гуматом, Агрика, Флавобактерин, Агрофил могут составить основу для создания нового эффективного препарата, где субстратом-носителем выступит цеолит.
Список литературы
1.
Гарипова Р.Ф. Метод биотестирования вод, почв, подверженных техногенному загрязнению. // Проблемы региональной экологии. 2009. №5. С. 112-117.
2.
Гарипова Р.Ф., Корнеева Ю.А. Прогнозирование экологической безопасности применения химических и биологических фунгицидов при возделывании пшеницы на учебно-опытном поле ОГАУ.// Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2014. №4. С.153-158.
3.
Прудникова О. Н. Этилен, АБК и полиамины при УФ-B стрессе у растений Arabidopsis thaliana: Диссерт. на соиск. канд. биол. наук. Москва, 2006. 101 с.
4.
Шевелуха В.С., Калашникова Е.А., Кочиева Е.З. Сельскохозяйственная биотехнология.- М., Высшая школа, 2008. 710 с.
