Scientific journal
Advances in current natural sciences
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,775

INCREASING THE PRODUCTIVITY OF PLANTS OF THE BRASSICACEAE FAMILY BY INOCULATION OF SEEDS WITH BACTERIAL PREPARATIONS ON THE BASIS OF ASSOCIATIVE STRAINS

Lebedev V.N. 1 Vorobeykov G.A. 1 Uraev G.A. 2
1 Herzen State Pedagogical University of Russia
2 Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University
As there is an extra necessity of biologization of agroculture and environmental protection from harmful antropogan influences, more attention in solving of these problems is devoted to microorganisms. Long-term study was conducted on Agrobiostation, Herzen State Pedagogical University of Russia (settl. Vyritza, Gatchinskiy area, Leningrad`s region) to identify effective strains of associative rhizobacteria of various plants of the Brassicaceae family: Sinapis alba L., Brassica juncea (L.) Czern., Brassica nigra (L.) Koch, Brassica carinata A. Braun, Brassica campestris L. and Саmelina sativa L. The experiments were conducted in field conditions during the period 2004–2016 yy. on sod-podzolic, sandy loam soil. In all variants, relative to the control (without inoculation), an increase in the education and development of axillary shoots at inoculation of seeds with bacterial preparations on the basis of associative strains. The obtained experimental data showed the high potential productivity of plants of the family Brassicaceae by strengthening the foundations and development of axillary shoots under the influence of rhizobacteria seed. In the conducted experiments to evaluate the productivity of the plant has been used integral index – the formation of dry biomass of the aboveground organs. Assessment of economic efficiency of application of biological products. It is shown that the most effective use for each grown culture of associative rhizobacteria strains to the greatest extent stimulates physiological processes, increases the biomass of the above-ground organs, improves the quality of plant products and reduces the nitrate content in herbage. The best results are obtained when using bacterial preparations: Arthrobacter mysorens, strain 7 and Flavobacterium sp., strain L 30. Our research of influence of the bacterial preparations at the plants of the family Brassicaceae, allows speaking that by means of associative rhizobacteriums it is possible to improve maintenance of plants with biological nitrogen, to stimulate their growth, to protect from pests and to raise efficiency of crops, essentially having lowered chemical loading on an environment.
inoculation
germinating capacity
productivity
mineral nutrition
stimulation of growth
introduce
Plant Growth-Promoting Rhizobacteria (PGPR)
drought
associative rhizobacteria
economic effect

В современном научном мире в связи с важностью повышения продуктивности кормовых однолетних растений значительное внимание уделяется применению бактериальных препаратов, на основе ассоциативных азотфиксирующих штаммов ризобактерий. Использование их, согласно некоторым исследованиям [1–5; 8, 10, 12], позволяет стимулировать ростовые процессы, улучшить минеральное питание растений, особенно азотом, защитить их от патогенов, снизить химическую нагрузку на окружающую среду и уменьшить действие стрессовых условий, особенно засухи. Автоматический же перенос положительных результатов их применения с одних видов и даже сортов растений на другие мало приемлем, нередко опровергается практически и иногда несправедливо ставит под сомнение данный агроприем. С этой целью для установления эффективного ризобактериального взаимодействия с растением необходим тщательный подбор сорта и штамма, который позволяет максимально реализовать продуктивный потенциал однолетних растений семейства капустные (Brassicaseae Burnett).

Цель нашей работы состояла в исследовании эффективности инокуляции семян некоторых однолетних масличных капустных культур бактериальными штаммами на ростовые процессы, минеральное питание и продуктивность в условиях полевых опытов.

Материалы и методы исследования

В работе использовалось 6 видов капустных растений 2015 года репродукции: горчица белая (Sinapis alba L.) – сорт Чергинская (к-4219), горчицы сарептская (Brassica juncea (L.) Czern.) – сорт Донская-5 (к-4345), горчица черная (Brassica nigra (L.) Koch) – сорт Tubra (к-2643), горчица абиссинская (Brassica carinata A. Braun) – сорт BRA 1152/85 (к-4705), сурепица яровая (Brassica campestris L.) – сорт Восточная (к-274) и рыжик посевной (Саmelina sativa L.) – сорт Воронежский (к-4140).

Инокуляция семян выбранных капустных растений проводилась следующими препаратами: агрофил (Agrobacterium radiobacter, штамм 10), мизорин (Arthrobacter mysorens, штамм 7), флавобактерин (Flavobacterium sp. штамм 30) и экстрасол (Pseudomonas fluorescens, штамм ПГ-5). Данные бактериальные препараты были получены из ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии, а семена сортов капустных растений из ФБГНУ ВИР им. Н.И. Вавилова.

Опыты проведены в полевых условиях на Агробиостанции РГПУ им. А.И. Герцена в пос. Вырица в период 2004–2016 гг. на дерново-подзолистой, супесчаной почве, характеризующейся средней обеспеченностью гумусом, слабокислой реакцией среды и средним содержанием фосфора и калия. Ранее в отношении эффективности инокуляции семян капустных ассоциативными бактериальными штаммами наиболее подробно были изучены горчица белая и редька масличная [8–9; 10].

Экономический эффект от инокуляции семян бактериальными препаратами растений семейства капустных определялся как снижение расходов по отношению к контролю. Подходы оценивания экономического эффекта были нами рассмотрены в статье [11].

Результаты исследования и их обсуждение

Всхожесть семян является одной из важнейших физиологических характеристик растений, во многом определяющим их дальнейшее развитие и формирование урожая. Поэтому в наших исследованиях этот показатель служил своеобразным тестом, позволяющим прогнозировать дальнейшее действие того или иного ассоциативного штамма (табл. 1).

Таблица 1

Полевая всхожесть исследуемых растений семейства капустных при инокуляции семян ассоциативными ризобактериями

Варианты

Горчица белая,

Горчица сарептская,

Горчица черная,

Горчица абиссинская,

Сурепица яровая,

Рыжик посевной,

%

Δ*

%

Δ

%

Δ

%

Δ

%

Δ

%

Δ

1. Контроль

62,8

62,9

62,6

69,5

71,5

71,0

2. Агрофил

70,7

+12,6

67,6

+7,5

68,6

+9,6

79,5

+14,4

87,5

+22,4

85,5

+20,1

3. Мизорин

75,9

+20,9

74,6

+18,6

74,3

+18,7

78,0

+12,2

87,5

+22,4

87,0

+22,5

4. Флавобактерин

74,9

+19,3

71,2

+13,2

69,7

+11,3

87,5

+25,9

93,0

+30,1

92,0

+24,6

5. Экстрасол

67,6

+7,6

68,1

+8,3

68,7

+13,4

72,5

+4,3

80,0

+11,9

77,5

+9,2

НСР05

4,4

3,7

3,4

2,0

1,2

1,1

*Примечание: Δ – % отклонения от контроля.

Высота растений – является существенным элементом ростовых процессов. В наших исследованиях при инокуляции семян ризобактериями у всех 7 видов растений наблюдалось увеличение высоты, но наиболее эффективно оно проявилось в вариантах с применением флаво- и артробактерий – до 114,6–135,4 % (табл. 2).

Таблица 2

Влияние различных штаммов ассоциативных бактерий на высоту исследуемых растений семейства капустных

Варианты

Горчица белая,

Горчица сарептская,

Горчица черная,

Горчица абиссинская,

Сурепица яровая,

Рыжик посевной,

см

%

см

%

см

%

см

%

см

%

см

%

1. Контроль

98,1 ± 15,6

100,0

85,2 ± 11,2

100,0

61,1 ± 8,9

100,0

96,0 ± 14,1

100,0

71,0 ± 18,3

100,0

69,5 ± 13,0

100,0

2. Агрофил

107,8 ± 17,2

109,9

91,5 ± 13,0

107,4

71,9 ± 14,5

117,7

107,4 ± 19,8

111,9

74,5 ± 20,3

104,9

77,5 ± 16,5

111,5

3. Мизорин

112,9 ± 16,6

115,1

98,0 ± 14,8

115,0

74,5 ± 18,0

121,9

105,2 ± 10,7

109,5

95,5 ± 15,0

134,5

81,9 ± 16,9

117,8

4. Флавобактерин

112,5 ± 18,6

114,6

95,2 ± 9,0

111,7

76,1 ± 8,4

124,5

104,2 ± 12,3

108,5

96,1 ± 13,5

135,4

80,9 ± 16,0

116,4

5. Экстрасол

105,9 ± 17,1

107,9

93,5 ± 16,9

109,7

71,9 ± 12,5

117,7

100,4 ± 11,8

104,5

75,9 ± 18,0

106,9

76,7 ± 14,6

110,4

НСР05

4,8

4,5

8,3

4,8

8,3

3,8

Изменение длины междоузлий и числа узлов является известной причиной формирования высоты растения. В этой связи нами в период массового цветения определялась длина междоузлий. Было установлено, что рост междоузлий увеличивает линейные показатели растений при инокуляции семян сурепицы яровой мизорином на 24,7 % (или до 6,4 см) и флавобактерином на 20,8 % (или до 6,2 см), относительно контроля – 5,1 см. Также увеличение средних размеров междоузлий наблюдается у горчицы абиссинской на 21,6 % (или до 10,3 см) по сравнению с контролем – 8,5 см. В других вариантах нашего опыта были получены аналогичные данные. Таким образом, наибольшая длина междоузлий была нами отмечена именно у тех видов культур, где ранее наблюдалась максимальная высота главного стебля – у сурепицы яровой и горчицы белой [1].

Плотность продуктивного стеблестоя и формирование продуктивности напрямую зависят от такого важного фактора как интенсивность ветвления растений, который предотвращается изреживание посевов, за счет большой облиственности побегов. Некоторые исследовательские работы [12] указывают, что некоторые однолетние полевые капустные растения в полевых опытах формируют от 4 до 7 боковых ветвей, на которых образуются листовая масса и генеративные органы. При этом авторами указывается, что данный факт проявляется в пределах нормы реакции модификационной изменчивости и связан с оптимизацией минерального питания в результате целой серии агротехнических мероприятий. В этой связи практический интерес представляет наблюдение за процессом формирования боковых побегов из пазушных почек в ходе онтогенеза исследованных культур при инокуляции ризобактериальными штаммами.

В каждом варианте опыта наблюдалось увеличение образования и развития боковых побегов при обработке семян ассоциативными диазотрофами, относительно контроля (без инокуляции). Самая высокая интенсивность пазушного побегообразования отмечена при действии на семена мизорином (на 30,0 %) и флавобактерином (до 26,7 %) у горчицы белой.

Полученные результаты свидетельствуют о высоком потенциале продуктивности однолетних капустных культур за счет формирования и развития боковых побегов при инокуляции семян ассоциативными ризобактериальными штаммами. Это обстоятельство также свидетельствует об увеличении возобновления и способности образовывать отаву после летнего скашивания [6].

Для полноценного изучения влияния бактериальных препаратов на продуктивность растений семейства Brassicaseae важен контроль над содержанием основных питательных элементов – азота, фосфора и калия в надземных органах. Это необходимо не только для интерпретации изменений в жизнедеятельности растительного организма, но и для качественной оценки продуктивности.

В результате было установлено, что в надземных органах у растений, семена которых были инокулированы ризобактериями, происходит повышение содержания основных минеральных элементов: азота – до 2,66 % (на 16,9 %, относительно контроля), фосфора – до 1,6 % (на 14,3 %, относительно контроля) и калия – до 3,7 % (на 23,3 %, относительно контроля).

Причиной таких результатов служат генетические особенности бактериальных штаммов, входящих в данные препараты, что приводит к значительному повышению содержания азота в ризосфере, что обусловливает улучшение использования почвенного азота. Главным образом это касается препаратов мизорин и флавобактерин.

Анализ полученных результатов установил, что процесс накопления минеральных элементов в надземной биомассе растений наиболее эффективно происходит при использовании мизорина и флавобактерина. Бактериальные препараты на основе ассоциативных ризобактерий способны положительным образом влиять на качество урожая зеленой массы. При этом они стимулируют повышение концентрации азота, фосфора и калия, в надземных органах растительного организма.

В качестве оценки продуктивности однолетних капустных культур мы использовали такой интегральный показатель, как формирование сухой биомассы надземных частей растений.

Количество урожая представляет собой суммарное отношение условий роста и развития растения. У культур, подвергнутых предпосевной инокуляции семян ризобактериальными штаммами, количественная и качественная характеристика урожая является отражением эффективности взаимодействия системы «растение-ризобактерия». Отметим, что предел продуктивности растений семейства капустные очень широк. По имеющимся данным [7], растения этого семейства в условиях Ленинградской области способны сформировать за один вегетационный период (в фазу массового цветения) до 400 ц/га зеленой массы.

Стимулирование накопления биомассы растений семейства Brassicaseae в наших опытах происходило под действием всех отобранных для исследования штаммами бактерий (табл. 3). В среднем наибольшая продуктивность биомассы культур проявлялась в вариантах с применением мизорина и флавобактерина. Значительная прибавка сухой массы в данных вариантах наших опытов отмечена у мизорина (от 68,3 ц/га до 183,3 ц/га) и флавобактерина (от 68,6 ц/га до 169,3 ц/га).

Таблица 3

Продуктивность сухой массы растений семейства капустных при инокуляции семян ассоциативными ризобактериями

Варианты

Горчица белая,

Горчица сарептская,

Горчица черная,

Горчица абиссинская,

Сурепица яровая,

Рыжик посевной,

ц/га

%

ц/га

%

ц/га

%

ц/га

%

ц/га

%

ц/га

%

1. Контроль

120,4 ± 3,8

(100,0)

100,7 ± 10,7

(100,0)

81,8 ± 1,4

(100,0)

107,0 ± 4,3

(100,0)

125,7 ± 1,3

(100,0)

49,0 ± 3,0

(100,0)

2. Агрофил

158,2 ± 2,3

(131,4)

142,4 ± 6,1

(141,5)

91,2 ± 3,0

(111,5)

122,7 ± 6,8

(114,6)

143,7 ± 3,7

(114,3)

63,8 ± 3,3

(130,2)

3. Мизорин

170,4 ± 13,4

(141,5)

167,1 ± 10,3

(166,0)

104,0 ± 3,0

(127,1)

152,3 ± 6,1

(142,4)

183,3 ± 15,0

(145,9)

68,3 ± 3,8

(139,4)

4. Флавобактерин

169,3 ± 3,8

(140,6)

158,7 ± 12,4

(157,6)

94,2 ± 13,8

(115,2)

152,0 ± 16,2

(142,1)

164,7 ± 1,0

(131,0)

68,6 ± 3,7

(140,0)

5. Экстрасол

155,6 ± 1,1

(129,1)

132,7 ± 5,2

(131,8)

92,7 ± 1,7

(113,3)

122,3 ± 12,1

(114,3)

140,0 ± 1,1

(111,4)

66,9 ± 2,1

(136,5)

НСР05

10,1

11,4

9,4

12,1

10,8

3,9

Следует отметить, что в разные годы исследований эффективность одного и того же штамма варьировалась [7]. Однако на протяжении всех лет, во всех посевах и со всеми капустными культурами положительная тенденция их влияния на формирование урожая зеленой массы постоянно сохранялась.

Анализ отзывчивости однолетних полевых капустных культур на бактериальные препараты в условиях полевых опытов показывает, что наиболее активное накопление сухой биомассы отмечалось нами у горчицы сарептской – на 66,0 % при обработке семян артробактериями и 57,6 % – флавобактериями.

Оценка экономического эффекта от инокуляции семян капустных культур ассоциативными ризобактериями была осуществлена по затратам в расчете на 1 гектар по сухой массе, база сравнения контроль (табл. 4).

Таблица 4

Затраты на производство сухой массы капустных культур при инокуляции семян ассоциативными ризобактериями (в расчете на один гектар)

Варианты

Горчица белая,

Горчица сарептская,

Горчица черная,

Горчица абиссинская,

Сурепица яровая,

Рыжик посевной,

тыс. руб.

%

тыс. руб.

%

тыс. руб.

%

тыс. руб.

%

тыс. руб.

%

тыс. руб.

%

1. Контроль

5,87

100,0

6,72

100,0

26,99

100,0

8,25

100,0

3,16

100,0

5,11

100,0

2. Агрофил

7,02

119,6

7,47

111,2

38,04

140,9

11,31

137,1

4,34

107,9

6,16

120,5

3. Мизорин

5,80

98,8

6,37

94,8

33,36

123,6

8,22

99,6

3,12

98,7

5,10

99,8

4. Флавобактерин

5,78

98,5

6,15

91,5

32,47

120,3

8,24

99,9

3,00

94,9

5,05

98,8

5. Экстрасол

7,13

121,5

8,02

119,3

37,43

138,6

11,35

137,6

4,46

141,1

5,88

115,1

Проведенная оценка затрат на производство сухой массы капустных культур с 1 гектара показывает, что в основном снижение затрат наблюдается при инокуляции семян мизорингом и флавобактерином; исключение оставляет горчица черная. Наибольшее снижение затрат наблюдается по горчице сарептской 8,5 % (при инокуляции флавобактерином) и 5,2 % (мизорином).

Выводы

Обработка семян однолетних капустных культур препаратами ассоциативных бактерий стимулирует ростовые процессы и поступление основных минеральных элементов (азота, фосфора и калия) в надземные органы растений, увеличивая массу сухого вещества. К штаммам, которые проявили наибольший эффект на всех видах растений семейства капустные, в первую очередь, можно отнести Arthrobacter mysorens, штамм 7 и Flavobacterium sp., штамм 30 в виде изготовленных на их основе биопрепаратов: мизорин и флавобактерин.