IMPACT OF BIOPREPARATION ON GROWTH AND YIELD OF OATS IN CONDITIONS OF THE VOLOGDA REGION
Rubrics: AGRONOMY
Abstract and keywords
Abstract (English):
The aim of the research was to study the effect of the preparation based on live bacteria strain Lactobacillus buchneri 600 on morphometric and productive parameters of two varieties of sown oats in the conditions of the Vologda Region. The objectives of the work were to evaluate the effect of the preparation on plant growth parameters, as well as grain yield of the crop. The experiment was carried out in the framework of a small-scale field experiment in 2021–2022 in the field of Vologda Research Center of RAS. The object of the study was sown oats of Lev and Yakov varieties. Before sowing, the seeds of the control variant were soaked in water, and the experimental variant was inoculated in the working solution of the preparation at a concentration of 1 ml of the preparation per 1 liter of water for two hours, the secondary application of bacteria was carried out on vegetative plant organs in the tillering phase (at a concentration of 1 liter of the preparation per hectare). The research results showed an increase in crude weight up to 42%, dry weight up to 48% in experimental plants compared to the control depending on the variety and vegetation phase. The growth in the content of photosynthetic pigments in the leaves of experimental plants relative to the control amounted to 11–20%. The increase in growth parameters of experimental plants was accompanied by an increase in their grain productivity by 13–18%. The increase in grain productivity was due to some increase in productive bushiness and grain weight. The application of a biopreparation based on live fermented bacteria L. buchneri 600 contributed to the activation of oat growth processes in the conditions of the Vologda Region.

Keywords:
Lactobacillus, Avena sativa, growth, grain productivity, chlorophyll.
Text
Text (PDF): Read Download

Введение. Развитие агропроизводства экологически безопасными методами является одним из приоритетных направлений деятельности России, что отмечено в актуальных нормативных документах: в Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации (утверждена в Указе Президента РФ от 28.02.2024 № 145) и Стратегии развития производства органической продукции до 2030 года (распоряжение Правительства Российской Федерации от 04.07.2023 № 1788-р). Отметим, что проблема увеличения урожайности сельскохозяйственных культур особую значимость приобретает в Нечерноземной зоне России, которая характеризуется сложными и непостоянными агроклиматическими условиями, что не позволяют культурам в полной мере реализовать свой генетически запрограммированный потенциал.

Для интенсификации сельскохозяйственного производства используются разнообразные средства, однако применение именно препаратов микробиологического происхождения отвечает требованиям экологизации технологий, способствуя активизации роста и повышению продуктивности сельскохозяйственных культур. К сожалению, ассортимент таких препаратов, используемых в практике в настоящее время, крайне мал [1], а доля сельскохозяйственных организаций Европейского Севера России, где применяются биологические методы защиты растений, составляет всего 9,4 % [2].

При этом бактерии являются естественными производителями более 300 химических соединений, среди которых обнаружены ИУК, цианистый водород, 2,4-ДАФГ, сидерофоры, пирролнитрин, феназины, глюконовая кислота, липопептиды и пр. [3–5]. Кисломолочные бактерии относительно мало изучены с точки зрения повышения продуктивности растений, как правило, направление изучения данных организмов связанно с их ролью в заготовке сочных кормов [6, 7]. Однако данные микроорганизмы довольно конкурентноспособны, что позволяет им успешно существовать в почве и эффективно взаимодействовать в системе с растениями. Так, представители рода Lactobacillus повышают устойчивость растений к стрессорам, патогенам [8, 9], а также приводят к активации роста и развития растений [9, 10], установлено, что антимикробная и ростстимулирующая активность молочнокислых бактерий связана с продуцированием ими различных метаболитов [11, 12], в частности валериановой и масляной кислот [13], также эти бактерии способны к синтезу фитогормонов группы ауксина [14], что может способствовать более быстрому росту культур и накоплению сухого вещества.

Овес посевной (Avena sativa L.) является одной из важных зерновых культур, возделываемых на территории Нечерноземной зоны России, например в Вологодской области доля его посевов среди остальных зерновых растений составляет 18–22 % [15]. Овес прежде всего используется в качестве корма для скота, особенно молодняка. Кормовые достоинства зерна овса связаны с довольно высоким содержанием белка (9 %), крахмала (40–45) и жира (до 5 %) [16]. Кроме того, овес является неприхотливой культурой, что позволяет его успешно возделывать в Нечерноземной зоне России с ее изменчивыми погодными условиями.

Цель исследования – изучение действия препарата, созданного на основе живых бактерий штамма Lactobacillus buchneri 600, на ростовые и продуктивные параметры двух сортов овса посевного в условиях Вологодской области.

Задачи: осуществить постановку мелкоделяночного полевого эксперимента с овсом посевным сортов Лев и Яков; провести оценку ростовых показателей, содержания фотосинтетических пигментов и зерновой урожайности культуры.

Объекты и методы Постановка эксперимента осуществлялась с овсом посевным сортов Лев и Яков, которые допущены к использованию в Северо-Западном регионе Российской Федерации. В качестве действующего вещества использовался препарат «Натурост-Актив», созданный на основе живых бактерий штамма Lactobacillus buchneri 600 компанией ООО «Биотроф» (Санкт-Петербург, Россия). Бактерии культивировали на питательной среде, которая включала в себя свекловичную мелассу (2 %) и минеральные соли, источником азота служил нитрат натрия. В 1 мл препарата содержание живых бактерий исходного штамма составляло не менее 1∙108 КОЕ.

Исследования проводились в рамках постановки мелкоделяночных полевых опытов на поле ФГБУН «Вологодский научный центр Российской академии наук» (ВолНЦ РАН) в 2021–2022 гг. Почва на экспериментальных делянках – осушенная дерново-подзолистая среднесуглинистая. Повторность опыта – трехкратная, площадь учетной делянки – 2 м2. Посев происходил в соответствии с принятыми нормами высева – 5 млн семян на 1 га [17]. Перед посевом семена опытной группы инокулировали в рабочем растворе экспериментального препарата в концентрации 1 мл препарата на 1 л воды в течение 2 ч, семена контрольной группы замачивались в воде. Кроме того, на стадии кущения проводили опрыскивание филлосферы овса рабочими растворами согласно рекомендациям производителя в концентрации 1 л препарата на 1 га, с расходом рабочего раствора 300 л/га. Уход за культурами происходил в соответствии с общепринятыми агротехническими приемами, минеральные удобрения и пестициды не вносились. В течение вегетации на разных фазах развития проводили учет сырой и сухой массы опытных и контрольных растений, количества побегов и листьев. В фазах кущения и выметывания спектрофотометрическим методом определяли количественное содержание хлорофилла а, хлорофилла b, суммы хлорофиллов (а + b) и каротиноидов. Извлечение пигментов проводили с помощью 85 % раствора ацетона. В конце вегетации отбирался сноповый материал для оценки структуры урожая: при этом подсчитывали продуктивную кустистость, массу 1000 зерновок, а также общую зерновую урожайность культуры.

Статистическая обработка данных осуществлялась путем расчета однофакторного дисперсионного анализа с использованием пакета анализа данных программы MS Ехсеl. В таблицах и на рисунках представлены средние значения показателей и величины их средних арифметических ошибок. Различия с контролем статистически значимы на уровне р 0,05.

Результаты и их обсуждение. Погодные условия вегетационных периодов 2021–2022 гг. исследований значительно отличались как по количеству осадков, так и по температурному режиму (табл. 1). Вегетационный период 2021 г. был жарким и сухим, но с переувлажненным августом, а 2022 г. – умерено теплым и влажным с холодным маем и сухим августом.

 

 

 

Таблица 1

Погодные условия вегетационного периода по годам исследований

Weather conditions of the growing season by years studies

 

Период

Средняя многолетняя норма

2021 г.

2022 г.

Т, °C

Количество осадков, мм

Т, °C

Количество осадков, мм

Т, °C

Количество осадков, мм

Май

11,0

41,4

12,1

65,0

8,0

65,0

Июнь

14,5

59,6

19,1

31,0

16,0

61,0

Июль

17,9

66,3

19,1

27,0

19,2

81,0

Август

15,2

70,5

16,0

139,0

19,3

27,0

Вегетацион. период

14,7

237,8

16,6

262,0

15,6

234,0

Примечание: Т – средняя температура воздуха. Норма рассчитывалась на основании средних показателей за 2000–2019 гг.

 

 

В 2021 г. в период активного роста растений количество осадков было скудным, а средняя температура превышала среднюю норму на 1,2–4,5 °C, что существенно повлияло на ростовые процессы растений. В целом наиболее благоприятным для роста овса посевного и жизнедеятельности бактерий оказался 2022 г. с показателями, близкими к многолетней норме.

В начале вегетации у овса сорта Лев общая кустистость варианта с внесением биопрепарата имела тенденцию к превосходству над контролем на 8–14 %, по количеству листьев – на 2–4, по сырой массе на 2–8, по сухой массе – на 1–5 % (табл. 2). Овес сорта Яков, обработанный биопрепаратом, также превосходил контрольный вариант по общей кустистости до 8 %, по количеству листьев – на 6 %, по сырой массе – на 5–7 %, по сухой массе – на 5 %. Учитывая, что май 2022 г. был сырым и холодным, было ожидаемо, что растения в начале вегетации 2021 г. оказались лучше развиты (больше масса и количество листьев).

 

 

Таблица 2

Ростовые параметры овса в фазу начала кущения

Growth parameters of oats in the phase of tillering initiation

 

Вариант опыта

Общая кустистость, шт.

Количество листьев, шт.

Сырая масса растения, г

Сухая масса

растения, г

2021 г.

Овес Лев – контроль

1,4±0,20

6,3±0,3

1,26±0,10

0,220±0,016

Овес Лев – L. buchneri

1,6±0,15

6,5±0,4

1,36±0,08

0,232±0,014

Овес Яков – контроль

1,3±0,10

6,3±0,3

1,12±0,07

0,211±0,012

Овес Яков – L. buchneri

1,4±0,20

6,7±0,5

1,20±0,07

0,223±0,014

2022 г.

Овес Лев – контроль

1,2±0,10

4,4±0,2

0,57±0,04

0,109±0,008

Овес Лев – L. buchneri

1,3±0,05

4,5±0,2

0,58±0,05

0,110±0,008

Овес Яков – контроль

1,0±0,05

3,2±0,1

0,35±0,01

0,077±0,003

Овес Яков – L. buchneri

1,0±0,05

3,2±0,1

0,37±0,02

0,075±0,004

 

 

В фазу выметывания наблюдалось достоверное превосходство опытных растений над контрольными (табл. 3). Так, при внесении биопрепарата у овса сорта Лев сухая масса увеличилась в 2021 г. на 18 %, в 2022 г. – на 48 %, показатели сырой массы в опытных вариантах превосходили контроль на 31 и 37 % соответственно. Овес сорта Яков показал увеличение сухой массы 2021 г. на 35 %, в 2022 г. – на 17 %, показатели сырой массы – на 42 и 10 % соответственно.

 

Таблица 3

Ростовые параметры овса в фазу начала выметывания

Growth parameters of oats in the phase of the beginning of flapping

 

Вариант опыта

Общая кустистость, шт.

Количество

листьев, шт.

Сырая масса растения, г

Сухая масса растения, г

2021 год

Овес Лев – контроль

1,5±0,05

6,1±0,5

4,23±0,33

1,715±0,142

Овес Лев – L. buchneri

1,8±0,10

6,3±0,6

5,55±0,40*

2,025±0,107*

Овес Яков – контроль

2,0±0,2

6,4±0,4

2,09±0,18

0,585±0,056

Овес Яков – L. buchneri

1,5±0,2

7,7±0,7*

2,98±0,18*

0,794±0,049*

2022 год

Овес Лев – контроль

1,3±0,10

6,7±0,2

4,80±0,28

1,472±0,106

Овес Лев – L. buchneri

1,4±0,05

6,9±0,3

6,56±0,38*

2,180±0,130*

Овес Яков – контроль

1,0±0,01

5,6±0,1

3,93±0,20

1,179±0,112

Овес Яков – L. buchneri

1,1±0,05

5,9±0,3

4,34±0,16*

1,388±0,088*

* Различия с контролем статистически значимы на уровне р 0,05.

 

 

Известно, что накопление органического вещества определяется скоростью фотосинтетических процессов, при этом важной составляющей является содержание и активность пигментных единиц. Результаты исследований показывают, что содержание суммы хлорофиллов у опытных растений больше, чем в листьях контрольных растений. Так, в опыте с овсом сорта Лев разница по содержанию хлорофилла а составила 11–19 %, хлорофилла b 19–21, суммы хлорофиллов (а+b) – 13–19, каротиноидов – 13–20 % (рис. 1). Схожая, но менее выраженная тенденция наблюдается в опыте с овсом сорта Яков (рис. 2).

 

 

Рис. 1. Содержание фотосинтетических пигментов в листьях овса

сорта Лев в опыте 2021 г.

 

Content of photosynthetic pigments in leaves of oats variety Lev in the 2021 experiment

 

Рис. 2. Содержание фотосинтетических пигментов в листьях овса сорта Яков

в опыте 2021 г.

 

Content of photosynthetic pigments in leaves of oat variety Yakov in the experiment 2021

 

 

Схожие результаты повышения продуктивного потенциала растений демонстрируют и другие исследователи. Например, в работе O.A.A.I. Al-Elwany et. al. (2023) показано увеличение количества пигментов и урожайности фенхеля при совместном действии бактерий Lactobacillus plantarum и Lactococcus lactis в сочетании с органическими удобрениями (навоз, птичий помет) [18].

Анализ структуры урожая овса показывает, что зерновая продуктивность была ниже в 2021 г. по сравнению с 2022 г. (табл. 4), что связано, как было отмечено выше, с отличными погодными условиями. Использование экспериментального препарата, созданного на основе L. buchneri 600, оказало положительное влияние на продуктивность овса. Так, зерновая урожайность сорта Лев в 2021 г. возрастала относительно контроля на 13 %, в 2022 г. – на 18, сорта Яков – на 10 и 16 % соответственно. Вероятно, засушливые условия 2021 г. оказались менее благоприятными для жизнедеятельности L. buchneri 600, эффективность от внесения которых оказалась выше в условиях влажного вегетационного периода.

 

Таблица 4

Зерновая продуктивность овса

Grain productivity of oats

 

Год

Вариант

Масса зерна, ц/га

Продуктивная

кустистость, шт.

Масса 1000 зерновок, г

2021

Овес Лев – контроль

12,8±1,2

1,0±0,05

32,8±0,3

Овес Лев – L. buchneri

14,5±1,1

1,1±0,05

32,9±0,4

Овес Яков – контроль

17,7±0,9

1,0±0,05

30,9±0,3

Овес Яков – L. buchneri

19,5±0,8*

1,1±0,05

32,6±0,4*

2022

Овес Лев – контроль

19,6±0,2

1,0±0,05

33,1±1,8

Овес Лев – L. buchneri

23,2±2,1*

1,2±0,05

34,4±1,9

Овес Яков – контроль

21,8±1,2

1,0±0,05

31,7±1,1

Овес Яков – L. buchneri

25,3±0,9*

1,2±0,05

33,5±0,9

* Разница по сравнению с контролем статистически достоверна при р 0,05.

 

 

Отметим, что бактерии Lactobacillus buchneri 600 оказывали положительное действие также на рост и продуктивность ячменя, клеверо-тимофеечной травосмеси, а также горохо-овсяной травосмеси [19]. Кроме того, имеются данные о положительном влиянии данного биопрепарата на рост сорго сахарного [20–21].

Заключение. Таким образом, внесение биопрепарата, созданного на основе живых кисломолочных бактерий L. buchneri 600, способствовало активации ростовых процессов овса в условиях Вологодской области, о чем свидетельствуют несколько большие показатели сырой и сухой массы опытных растений относительно контроля. Увеличение сухой массы, вероятно, связано с изменениями в работе фотосинтетического аппарата. Так, результаты эксперимента показали увеличение концентрации фотосинтетических пигментов в листьях опытных растений на 11–20 %. Более активный рост в течение вегетации не мог не сказаться на итоговой зерновой продуктивности, которая при действии испытуемого препарата возросла на 10–18 % в зависимости от условий года выращивания и сорта овса. Увеличение зерновой продуктивности происходит за счет некоторого возрастания продуктивной кустистости и увеличения массы зерновки.

References

1. State catalog of pesticides and agrochemicals authorized for use on the territory of the Russian Federation. Ministry of Agriculture of the Russian Federation. 2023. Vol. 1. (In Russ.).

2. Ivanov VA. Strategiya razvitiya sel'skogo hozyajstva Evropejskogo Severa Rossii: Syktyvkar: Print, 2023.140 p. (In Russ.).

3. Gross H, Loper JE. Genomics of secondary metabolite production by Pseudomonas spp. Natural Product Reports. 2009;26(11):1408-1446. DOI:https://doi.org/10.1039/B81707.

4. D'aes J, De Maeyer K, Pauwelyn E, et al. Biosurfactants in plant Pseudomonas interactions and their importance to biocontrol. Environmental Microbiology Reports. 2010;(2):359-372. DOI: 10.111l/j.1758-2229.2009.00104.x.

5. Maksimov IV, Singh BP, Cherepanova EV, et al. Prospects of application of bacterial-lipopeptide preparations for plant protection (review). Applied Biochemistry and Microbiology. 2020;(56):19-34. (In Russ.). DOI:https://doi.org/10.31857/S0555109920010134.

6. Holzer M, Mayrhuber E, Danner H, et al. The role of Lactobacillus buchneri in forage preservation. Trends Biotechnol. 2003;(21):282-287. DOI:https://doi.org/10.1016/S0167-7799(03)00106-9.

7. Bakare AG, Zindove TJ, Bhavna A, et al. Lactobacillus buchneri and molasses can alter the physicochemical properties of cassava leaf silage. Heliyon. 2023;(9):e22141. DOI:https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023. e22141.

8. Filannino P, De Angelis M, Di Cagno R, et al. How Lactobacillus plantarum shapes its transcriptome in response to contrasting habitats. Environ Microbiol. 2018;(20):3700-3716. DOI: 10.1111/ 14622920.14372.

9. Limanska N, Ivanytsia E, Basiul O, et al. Effect of Lactobacillus plantarum on germination and growth of tomato seedlings. Acta Physiologiae Plantarum. 2013;(35):1587-1595. DOI:https://doi.org/10.1007/sl173 8-012-1200-y.

10. Rzhevskaya VS, Oturina IP, Teplickaya LM. Izuchenie biologicheskih svojstv shtammov molochnokislyh bakterij. Scientific Notes of V.I. Vernadsky Crimean Federal University. Biology. Chemistry. 2014;27(1):145-160. (In Russ.). EDN: https://elibrary.ru/VBFBXX.

11. Danilova TA, Adzhieva AA, Danilina GA, et al. Antimicrobial activity of supernatant of lactobacillus plantarum against pathogenic microorganisms. Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2019;(167):709-712. (In Russ.). DOI:https://doi.org/10.1007/sl0517-019-04615-9.

12. Chicherin IYu, Pogorel'skij IP, Lundovskih IA, et al. Dynamics of the content of lactobacilli, microbial metabolites and antimicrobial activity of growing culture of Lactobacillus Plantarum 8P-A3. Journal Infectology. 2014;(5):50-55. (In Russ.). DOI:https://doi.org/10.22625/2072-6732-2013-5-3-5055.

13. Lapitskaya EA, Petrov VB, Nikonov LN, et al. Preparation "Biotroph-600" – a growth factor of tomatoes. Agrarian Bulletin of the Urals. 2008;(5):42-44. (In Russ.). EDN: https://elibrary.ru/ISZGML.

14. Gummalla S, Broadbent JR. Tryptophan catabolism by Lactobacillus easel and Lactobacillus helveticus cheese flavor adjuncts. Journal of Dairy Science. 1999;(82):2070-2077. DOI: 10.3168/ jds.S0022-0302(99)75448-2

15. Sel'skoe hozyajstvo, ohota i lesnoe hozyajstvo. Territoriarnyj organ Federal'noj sluzhby statistiki Rossijskoj Federacii. 1999–2023. Availeble at: https://35.rosstat.gov.ru/sh (Accessed: 01.03.2024). (In Russ.).

16. Ivchenko VK, Romanov VN, Litau VM, et al. Productivity and nutritive value of forage crops under conditions of Siberia. Bulletin of KSAU. 2016;(11):9-15. (In Russ.).

17. Markova IA, Guzyuk ME, Vervejko IV. Osnovy sel'skohozyajstvennyh pol'zovanij: ucheb. posobie. SPb.: LTA, 2001. 126 p. (In Russ.).

18. Al-Elwany OAAI, Mohamed AMHA, Abdelbaky AS, et al. Application of bio-organic amendments improves soil quality and yield of fennel (Foeniculum vulgare Mill.) plants in saline calcareous soil. Scientific Reports. 2023;13(19876):1-11. DOI:https://doi.org/10.1038/s41598-023-45780-2.

19. Rassokhina II, Platonov AV. The effect of a microbiological product based on Lactobacillus buchneri on barley growth and productivity in the Vologda region. Grain Economy of Russia. 2023;15(5): 63-69. (In Russ.). DOI:https://doi.org/10.31367/2079-8725-2023-88-5-63-69.

20. Platonov AV, Rassohina II, Laptev GYu, et al. Effect of preparation based on the bacteria Lactobacillus buchneri on the productivity of clover and timothy mixture. Agrarian science. 2023;(9):105-109. (In Russ.). DOIhttps://doi.org/10.32634/0869-8155-2023-374-9-105-109.

21. Sukhareva LV. Effect of biopreparations on growth parameters of Sorghum sudanense (Piper) Stapf. Agrarian Bulletin of the Urals. 2024;24(1):12-21. (In Russ.). DOI:https://doi.org/10.32417/1997-4868-2024-24-01-12-21.


Login or Create
* Forgot password?