Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

Глобализация экономики привела к интенсификации сельского хозяйства, которая в последние годы стала ориентироваться на биотехнологические методы, альтернативные химическим. Такие способы ведения аграрного производства основаны на его экологизации и повышении биологического потенциала почвы за счет возобновляемых ресурсов, к которым относится почвенная микрофлора. Поэтому применение эндофитных ризобактериальных штаммов, способных стимулировать ростовые процессы [1], оказывать протекторные свойства в условиях стресса [2–4], активизировать физиологические процессы, также повышать показатели продуктивности [5]. Положительный эффект эндофитных ризобактерий основан на их способности не только колонизировать ризосферу после их искусственного внесения (инокуляции), но и проникать внутрь растительных тканей и транспортироваться по всему растительному организму [6]. При этом отзывчивость растения определенного вида и даже сорта на конкретный ризобактериальный штамм может существенно отличаться [7], что требует каждый раз нового изучения.

Объектом нашего исследования служили две наиболее распространенные по возделыванию луковичные культуры: лук репчатый и чеснок посевной [8, 9]. Практическая цель нашего исследования состояла в оценке эффективности инокуляции лука репчатого и чеснока посевного ассоциативными эндофитными штаммами ризобактерий на морфофизиологические процессы и продуктивность.

Материалы и методы исследования

Объектом работы являлись лук репчатый (Allium cepa L.) сорт Центурион и чеснок посевной (Allium sativum L.) сорт Гарпек испанской селекции, родственный по своим хозяйственным признакам отечественному сорту Алькор. Полевые опыты проводились по стандартной методике [10] на опытном поле агробиостанции ФГБОУ ВПО «Российский государственный педагогический университет имени А.И. Герцена» в Ленинградской области в 2018–2019, 2021 гг. Опыты закладывались весной. Повторность каждого варианта эксперимента четырехкратная. Для работы были отобраны биопрепараты на основе эндофитных бактерий, созданных Всероссийским НИИ сельскохозяйственной микробиологии РАСХН: Мизорин (Arthrobacter mysorens, штамм 7), Флавобактерин (Flavobacterium sp. штамм 30) и Псевдомонас (Pseudomonas fluorescens штамм ПГ-5).

Инокуляция (бактеризация) эндофитными ризобактериями культурных растений осуществляется тремя способами: семенным, корневым (для рассады) и листовым (для листовых культур) [11]. Для луковичных культур нами был использован корневой инокуляционный метод. Процесс корневой инокуляции луковиц проводился перед их посевом в соответствии с разработанными рекомендациями [12–14]. В контроле семена вместо бактериальной суспензии поливались водой.

Полевые опыты были заложены на слабо окультуренной супесчаной дерново-слабоподзолистой почве. На протяжении четырех лет на этой площади проводился уравнительный посев из ячменно-овсяной смеси.

Приживаемость луковиц учитывалась на седьмой день после их посева. Морфометрические показатели высоты и числа листьев, а также продуктивность зеленой надземной массы лука репчатого учитывали в фазе полных всходов укосным методом в начале пожухлости кончиков листьев. Сбор урожая луковиц лука репчатого и чеснока посевного проводили на третий день стадии полного увядания надземной части. Водоудерживающая способность листьев оценивалась методом «увядания» по Арланду [15] в фазу полных всходов. Полученные экспериментальные результаты обрабатывались статистическим методом дисперсионного анализа с использованием табличного процессора Microsoft Excel [16].

На основании оценки продуктивности луковичных культур был проведен экономический анализ изменения абсолютных значений дохода от их реализации в отношении контрольных значений, где процесс инокуляции не проводился. В качестве критерия эффективности использовалась оценка экономического эффекта от инокуляции эндофитными ризобактериями луковичных культур. Экономическая эффективность инокуляции луковичных культур определялась по формуле

ЭЭij = (Дij / Дi0) ∙ 100,

ЭЭij – экономическая эффективность от инокуляции i-й луковичной культуры j-м препаратом, %;

Дij – доход от реализации i-й луковичной культуры при инокуляции j-м препаратом, тыс. руб.;

Дi0 – доход от реализации i-й луковичной культуры без инокуляции (контроль), тыс. руб.

Данный аналитический подход был нами достаточно подробно описан и применен при изучении результатов проведения микробиологической инокуляции при возделывании других культур [17].

Результаты исследования и их обсуждение

Морфогенез и формирование урожая луковичных культур во многом определяется таким важным физиологическим показателем, как выживаемость луковиц. Это связано с тем, что биохимические процессы, которые протекают в период формирования почки возобновления, отражаются на всех последующих фазах развития растения. В наших полевых опытах была показана стимулирующая роль эндофитных ассоциативных бактерий на прорастание луковиц (табл. 1). На протяжении всех лет исследования опытные варианты с применением биопрепаратов достоверно отличались наибольшей приживаемостью. У лука репчатого в среднем по трехлетним данным наибольшую эффективность проявляли Псевдомонас (92 %) и Флавобактерин (89 %), что превышало контроль (57 %) на 35 и 32 % соответственно. В опытах с чесноком наблюдалась аналогичная ситуация. В вариантах с данными препаратами по средним показателям приживаемость луковиц составляла 91 % (Псевдомонас) и 90 % (Флавобактерин) при показателях контроля 59 %.

Установлено, что эндофитные ризобактерии способствовали повышению ростовых процессов: высоты и числа листьев (табл. 2). Анализ результатов, полученных на фазе полных всходов лука, показал увеличение высоты листьев в опытах с Псевдомонасом и Флавобактерином на 57 % (60,3 см) и 50 % (57,6 см) относительно контроля (38,4 см). Высота листьев чеснока при использовании этих препаратов по отношению к контролю (34,7 см) также была максимальна – 57,0 и 55,3 см соответственно.

Кроме того, в опытах отмечалось увеличение числа формирования листьев. Применение эндофитных бактерий из числа псевдомонад стимулировало рост этого параметра в среднем на 60 % (7,7 шт./раст.), а флавобактерий – на 56 % (7,5 шт./раст.) больше контрольных значений (4,8 шт./раст.). При этом у чеснока посевного в среднем достаточно резкое возрастание количества листьев отмечено при использовании Псевдомонаса – на 77 % (6,9 шт./раст.), по сравнению не только с неинокулированным контролем (3,9 шт./раст.), но и с другими опытными вариантами (5,1–5,4 шт./раст.).

Таблица 1

Влияние ассоциативных ризобактериальных препаратов на приживаемость луковиц

Таблица 2

Действие ассоциативных эндофитных бактерий на высоту и число листьев лука репчатого и чеснока посевного (среднее за 3 года)

Рис. 1. Влияние ризобактерий на водоудерживающую способность листьев лука репчатого

Рис. 2. Влияние ризобактерий на водоудерживающую способность листьев чеснока посевного

Одним из показателей интенсивности физиологических процессов у растительных организмов является сохранение определенного уровня подвижности воды в их тканях. Поэтому определенным критерием устойчивости растений к неблагоприятным факторам среды служит водоудерживающая способность, как показатель наличия связанной и осмотически не активной формы воды.

В наших экспериментах у всех опытных вариантов на обеих культурах отмечалась сравнительно низкая водоудерживающая способность листьев относительно контроля (рис. 1, 2). Наиболее эффективным эндофитным ризобактериальным штаммом оказался Pseudomonas fluorescens штамм ПГ-5 в одноименном биопрепарате. После бактеризации им корней лука и чеснока листья растений в итоге за 5 часов теряли только 23,5 и 20,1 % влаги соответственно. Эти данные водоудерживающей способности на 17,6 % (лук) и 19,6 % (чеснок) меньше вариантов, где инокуляция нами не проводилась.

Таблица 3

Влияние микробиологических штаммов на урожайные процессы растений лука репчатого и чеснока посевного, ц/га (среднее за 3 года)

Таблица 4

Доход от реализации урожая луковичных культур с 1 га

Наблюдаемые нами ранее морфофизиологические изменения нашли свое отражение и в формировании урожайных показателей исследованных культур (табл. 3). В опыте с луком репчатым урожайность зеленой массы в среднем за три года возрастала относительно контроля (10,2 ц/га) до 17,3 ц/га в опытном варианте Псевдомонасом и до 16,8 ц/га при использовании Флавобактерина.

Аналогичное позитивное влияние данных эндофитных бактерий нами отмечалось на увеличении массы луковиц Allium cepa L. на 68 % (Псевдомонас) и на 53 % (Флавобактерин), к контролю (70,9 ц/га).

Масса луковиц-головок чеснока посевного была максимальной также в варианте с применением Псевдомонаса – 62,0 ц/га, что на 64 % выше контрольных значений (37,8 ц/га). В других опытных вариантах эффект от корневой инокуляции эндофитными ризобактериями был менее значительным (43,5–54,8 ц/га), хотя показатели достоверно отличались от показателей урожайности в контроле.

Рассмотренная ранее биологическая эффективность инокуляции на луковичные культуры находит свое отражение и при оценке экономического эффекта от реализации такой продукции аграрным предприятием (табл. 4).

Доход сельскохозяйственных предприятий от реализации луковичных культур при инокуляции эндофитными бактериями в сравнении с контролем стремительно возрастает. По нашей оценке, среднее увеличение дохода по луку репчатому:

– при реализации зеленой массы составит 63,4 %,

– при реализации луковиц превышение дохода к контрольной группе составит 47,3 %.

Аналогичный эффект наблюдается и по чесноку посевному – среднее увеличение дохода достигает в наших опытах 41,4 %.

Набольшая экономическая эффективность достигалась

– по луку репчатому при реализации зеленой массы и луковиц с применением Псевдомонаса – 69,9 % по сравнению с контролем;

– по чесноку при реализации луковиц с применением Псевдомонаса – 64,0 %

Заключение

Таким образом, предпосевная инокуляция луковиц исследованных растений лука репчатого и чеснока посевного эндофитными ризобактериальными штаммами стимулирует их морфофизиологические процессы и способствует повышению урожайных показателей. Наиболее эффективным оказалось применение биопрепарата Псевдомонас (Pseudomonas fluorescens штамм ПГ-5) на обеих культурах. В данном опытном варианте по отношению к контролю повышается приживаемость луковиц лука (на 35 %) и чеснока (на 33 %), увеличивается линейный рост (у лука – на 57 %; у чеснока – на 60 %) и число листьев (у лука – на 64 %; у чеснока – на 77 %). При этом урожайность зеленой массы лука повышалась на 70 %, а масса сформировавшихся луковиц на 68 % относительно контроля. Биомасса луковиц чеснока также превышала контрольный показатель на 64 %. Кроме того, именно в данном опытном варианте отмечалась наибольшая водоудерживающая способность, а растения теряли влагу на 17,6 % (лук) и 19,6 % (чеснок) меньше контроля.

В результате анализа экономического эффекта установлена возможность увеличения доходов предприятий аграрного сектора от реализации луковичных культур при условии проведения перед посевом инокулирования посадочного материала эндофитными бактериями ризосферы.