сотрудник с 01.01.2023 по настоящее время
Вологда, Россия
сотрудник с 01.01.2018 по настоящее время
Вологда, Вологодская область, Россия
сотрудник
Вологодский институт права и экономики Федеральной службы исполнения наказаний (доцент)
сотрудник
Вологда, Вологодская область, Россия
ВАК 4.1.1 Общее земледелие и растениеводство
ВАК 4.1.2 Селекция, семеноводство и биотехнология растений
ВАК 4.1.3 Агрохимия, агропочвоведение
ВАК 4.1.4 Садоводство, овощеводство, виноградарство и лекарственные культуры
ВАК 4.1.5 Мелиорация, водное хозяйство и агрофизика
ВАК 4.2.1 Патология животных, морфология, физиология, фармакология и токсикология
ВАК 4.2.2 Санитария, гигиена, экология, ветеринарно-санитарная экспертиза и биобезопасность
ВАК 4.2.3 Инфекционные болезни и иммунология животных
ВАК 4.2.5 Разведение, селекция, генетика и биотехнология животных
ВАК 4.3.3 Пищевые системы
ВАК 4.3.5 Биотехнология продуктов питания и биологически активных веществ
УДК 633.13 Овес. Avena sativa L.
УДК 579.64 Сельскохозяйственная микробиология
Целью исследования являлось 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. В задачи работы входила оценка влияния препарата на ростовые параметры растений, а также зерновую урожайность культуры. Эксперимент осуществляли в рамках мелкоделяночного полевого опыта в 2021–2022 годах на поле ФГБУН «Вологодский научный центр РАН». Объект исследования – овес посевной сортов Лев и Яков. Перед посевом семена контрольного варианта замачивали в воде, а опытного варианта инокулировали в рабочем растворе препарата в концентрации 1 мл препарата на 1 литр воды в течение двух часов, вторичное внесение бактерий осуществлялось по вегетирующим органам растений в фазу кущения (в концентрации 1 л препарата на гектар). Внесение биопрепарата на основе живых кисломолочных бактерий L. buchneri 600, способствовало активации ростовых процессов овса в условиях Вологодской области. Так в результате исследований, в зависимости от сорта и фазы вегетации, показано увеличение сырой массы до 42%, сухой массы до 48% у опытных растений по сравнению с контролем. Также наблюдается увеличение содержания фотосинтетических пигментов в листьях опытных растений относительно контроля на 11–20%. Увеличение ростовых показателей опытных растений сопровождалось увеличением их зерновой продуктивности на 13–18%. Увеличение зерновой продуктивности культуры происходит за счет некоторого возрастания продуктивной кустистости и увеличения массы зерновки.
Lactobacillus, овес, рост, зерновая продуктивность, хлорофилл.
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.
1. Государственный каталог пестицидов и агрохимикатов, разрешенных к применению на территории Российской Федерации // Министерство сельского хозяйства Российской Федерации. 2023. Т. 1.
2. Иванов В.А. Стратегия развития сельского хозяйства Европейского Севера России. Сыктывкар: Принт, 2023. 140 с.
3. Gross Н., Loper J.E. Genomics of secondary metabolite production by Pseudomonas spp // Natural Product Reports. 2009. Vol. 26, № 11. P. 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. Vol. 2 (3). P. 359–372. DOI: 10.111l/j.1758-2229.2009.00104.x.
5. Максимов И.В., Сингх Б.П., Черепанова Е.А., и др. Перспективы применения бактерий – продуктов липопептидов для защиты растений (обзор). // Прикладная биохимия и микробиология. 2020. № 56 (1). С. 19–34. DOI:https://doi.org/10.31857/S0555109920010134.
6. Holzer М., Mayrhuber Е., Danner Н., et al. The role of Lactobacillus buchneri in forage preservation // Trends Biotechnol. 2003. Vol. 21 (6). P. 282–287. DOI:https://doi.org/10.1016/S0167-7799(03)00106-9.
7. Bakare A.G., Zindove T.J., Bhavna A., et al. Lactobacillus buchneri and molasses can alter the physicochemical properties of cassava leaf silage // Heliyon. 2023. Vol. 9 (11). P. e22141. DOI:https://doi.org/10.1016/j.heliyon. 2023.e22141.
8. Filannino P., DeAngelis M., Di Cagno R., et al. How Lactobacillus plantarum shapes its transcriptome in response to contrasting habitats // Environ Microbiol. 2018. № 20 (10). P. 3700–3716. DOI:https://doi.org/10.1111/14622920.14372.
9. Limanska N., Ivanytsia T., Basiul O., et al. Effect of Lactobacillus plantarum on germination and growth of tomato seedlings // Acta Physiologiae Plantarum. 2013. № 35 (5). P. 1587–1595. DOI:https://doi.org/10.1007/sl173 8-012-1200-y.
10. Ржевская B.C., Отурина И.П., Теплицкая Л.М. Изучение биологических свойств штаммов молочнокислых бактерий // Ученые Записки Крымского федерального университета им. В.И. Вернадского. Биология. Химия. 2014. № 1 (66). С. 145–160. EDN: https://elibrary.ru/VBFBXX.
11. Данилова Т.А., Аджиева А.А., Данилина Г.А., и др. Антимикробное действие супернатанта Lactobacillus plantarum на патогенные микроорганизмы // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2019. № 167 (6). С. 709–712.
12. Чичерин И.Ю., Погорельских И.П., Лундовских И.А., и др. Динамика содержания лактобацилл, микробных метаболитов и антибактериальной активности растущих культур Lactobacillus plantarum 8Р-АЗ // Журнал инфектологии. 2014. № 5 (3). С. 50–55.
13. Лапицкая Е.А., Петров В.Б., Никонов И.Н., и др. Препарат «Биотроф-600» – стимулятор роста помидоров // Аграрный вестник Урала. 2008. № 5. С. 42–44.
14. Gummalla S., Broadbent J.R. Tryptophan catabolism by Lactobacillus casei and Lactobacillus helveticus cheese flavor adjuncts // Journal of Dairy Science. 1999. № 82 (10). P. 2070–2077.
15. Сельское хозяйство, охота и лесное хозяйство Территориальный орган Федеральной службы статистики Российской Федерации. 1999–2023. URL: https://35.rosstat.gov.ru/sh (дата обращения: 01.03.2024).
16. Ивченко В.К., Романов В.Н., Литау В.М., и др. Продуктивность и питательная ценность кормовых культур в условиях Сибири // Вестник КрасГАУ. 2016. № 11. C. 9–15.
17. Маркова И.А., Гузюк М.Е., Вервейко И.В. Основы сельскохозяйственных пользований: учеб. пособие. СПб.: ЛТА, 2001. 126 с.
18. Al-Elwany O.A.A.I., Mohamed A.M.H.A., Abdelbaky A.S., 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. Vol. 13 (19876). P. 1–11. DOIhttps://doi.org/10.1038/s41598-023-45780-2.
19. Рассохина И.И., Платонов А.В. Влияние микробиологического препарата, созданного на основе Lactobacillus buchneri, на рост и урожайность ячменя в условиях Вологодской области // Зерновое хозяйство России. 2023. Т. 15, № 5. С. 63–69.
20. Платонов А.В., Рассохина И.И., Лаптев Г.Ю., и др. Действие препарата, созданного на основе бактерий Lactobacillus buchneri, на продуктивность травосмеси клевера и тимофеевки // Аграрная наука. 2023. № 9. С. 105–109.
21. Сухарева Л.В. Действие биопрепаратов на ростовые параметры Sorghum sudanense (Piper) Stapf // Аграрный вестник Урала. 2024. Т. 24, № 1. С. 12–21.
