Средство для повышения всхожести семян злаковых растений в почвах, загрязненных тяжелыми металлами

Изобретение относится к микробиологии и растениеводству и представляет собой применение по новому назначению штамма бактерий Bacillus subtilis 11B, обладающего широким спектром антагонистической активности к фитопатогенным бактериям и грибам, для повышения всхожести семян злаковых растений в почвах, загрязненных тяжелыми металлами. Способ осуществляется путем замачивания семян злаковых растений в суспензии штамма бактерий Bacillus subtilis 11B с концентрацией 1,0×10⁶-1×10⁸ клеток в 1 мл. Изобретение позволяет повысить всхожесть зерновых культур. 3 табл.

 

Изобретение относится к микробиологии и растениеводству и представляет собой применение по новому назначению штамма бактерий Bacillus subtilis 11B в качестве средства для повышения всхожести семян злаковых растений в почвах, загрязненных тяжелыми металлами.

В настоящее время проблема загрязнения почв тяжелыми металлами, снижающая выживаемость, рост и развитие растений, приобретает большое значение как в условиях городов, так и сельской местности в связи с возросшей урбанизацией и техногенными выбросами в виде твердых, жидких и газообразных отходов производств и других видов деятельности человека.

Техногенное загрязнение окружающей среды носит комплексный характер. Происходит загрязнение почв как тяжелыми металлами, так и нефтепродуктами, отмечается засоление почв. Это оказывает стрессорное действие на растения.

В последние годы для защиты растений от воздействия стрессорных факторов стали активно использовать микробиологические методы, т.е. использовать для обработки семян растений биопрепараты, основу которых составляют микроорганизмы различных родов.

Так, например, показан протекторный эффект бактерий рода Klebsiella на выживаемость семян газонных трав, культивируемых в условиях засоления и загрязнения почвы кадмием [1]. Однако бактерии рода Klebsiella являются условно-патогенными и не известны последствия их интродукции в почвенный биоценоз. Кроме того, не известно их влияние на патогенные для растений микроорганизмы, что имеет большое значение для роста и развития сельскохозяйственных культур.

Известно применение штамма 10 Agrobacterium radiobacter №Д-325 для предпосевной обработки семян ячменя в условиях стресса под влиянием тяжелых металлов. Бактеризация этим штаммом семян ячменя приводит к некоторому повышению продуктивности растений, что может быть связано не только с антистрессовым эффектом Agrobacterium radiobacter, но и его способностью фиксировать азот [2].

В то же время известно широкое применение в сельском хозяйстве препаратов из сапрофитных бактерий рода Bacillus, подавляющих развитие патогенных микроорганизмов и не оказывающих отрицательного влияния на почвенный микробный биоценоз (бациспецин-БМ, фитоспорин-М) [3, 4].

Одним из штаммов бактерий рода Bacillus, обладающим высоким уровнем антагонистической активности к фитопатогенным бактериям и грибам, является штамм Bacillus subtilis 11B [5] и биопрепарат на его основе [6]. Однако не было известно влияние бактерий штамм Bacillus subtilis 11B на всхожесть семян злаковых растений в условиях почв, загрязненных тяжелыми металлами.

В то же время известно, что сами бактерии рода Bacillus могут проявлять высокую устойчивость к повышенному содержанию в почве цинка, меди, ртути, бора, фосфора, железа и др. [7]. Ионы металлов необходимы для нормального функционирования ряда ферментов бацилл.

Изобретение позволяет получить новый биологический эффект - повышение всхожести семян злаковых растений в почвах, загрязненных тяжелыми металлами.

Данный эффект достигается тем, что в качестве средства для повышения всхожести семян злаковых растений в почвах, загрязненных тяжелыми металлами, применяют суспензию штамма бактерий Bacillus subtilis 11B с концентрацией 1×10⁶-1×10⁸ клеток в 1 мл.

Для проверки эффективности повышения всхожести семян использовали пшеницу (сорта Симбирка и Жница) и ячмень (сорт Одесский 100). После обработки семян замачиванием в течение 30 мин перед посевом в суспензии бактерий (контрольные семена замачивались в воде) семена помещались в чашки Петри с почвой, содержащей растворы металлов различной концентрации (всего по 100 семян на 1 концентрацию). Результаты испытаний представлены в таблицах 1-3.

Как видно из полученных результатов, обработка семян злаковых культур суспензией штамма Bacillus subtilis 11B повышает их всхожесть.

По сравнению с ближайшим аналогом - бактериями штамма 10 Agrobacterium radiobacter №Д-325 [2] предлагаемое средство на основе бактерии Bacillus subtilis имеет более длительный срок хранения, так как, в отличие от аналога, клетки бацилл при неблагоприятных условиях переходят в споровую форму, и может применяться в виде сухого порошка спор [7].

Таблица 1
Всхожесть семян при наличии в почве ионов меди
Серия опыта	Всхожесть семян, (проростки, шт.)
	Концентрация металла, мкг в 1 г почвы
0	10	20	50	100
1. Пшеница, сорт Симбирка	Обработанные	97	92	91	80	65
Контрольные	91	80	74	36	30
2. Пшеница, сорт Жница	Обработанные	94	90	81	72	60
Контрольные	81	74	64	24	10
3. Ячмень, сорт Одесский 100	Обработанные	94	90	87	80	62
Контрольные	85	80	71	46	40
Средняя эффективность защиты, %	9,4±2,7	12,7±3,3	16,7±0,3	42,0±4,0	35,7±7,3

Таблица 2
Всхожесть семян при наличии в почве ионов железа
Варианты	Всхожесть семян (проростки, шт.)
	Концентрация металла, мкг на 1 г почвы
0	10	20	50	100
1. Пшеница, сорт Симбирка	Обработанные	96	94	92	90	88
Контрольные	92	88	84	80	70
2. Пшеница, сорт Жница	Обработанные	94	93	91	82	80
Контрольные	88	79	80	74	68
3. Ячмень, сорт Одесский 100	Обработанные	95	90	90	82	85
Контрольные	86	82	84	76	65
Средняя эффективность защиты, %	6,3±2,7	6,0±2,0	11,7±2,3	6,3±2,7	16,7±2,3

Таблица 3
Всхожесть семян при наличии в почве ионов свинца
Серия опыта	Всхожесть семян (проростки, шт.)
	Концентрация металла, мкг на 1 г почвы
0	10	20	50	100
1. Пшеница, сорт Симбирка	Обработанные	97	82	81	60	55
Контрольные	91	70	54	46	32
2. Пшеница, сорт Жница	Обработанные	94	80	81	62	60
Контрольные	82	74	54	44	30
3. Ячмень, сорт Одесский 100	Обработанные	94	80	67	60	65
Контрольные	86	70	51	46	31
Средняя всхожесть	Обработанные	95,0	80,6	76,3	60,6	60,0
Контрольные	86,3	71,3	53,0	45,3	31,0
Средняя эффективность защиты, %	8,7±2,3	8,0±2,0	23,3±4,7	15,3±1,7	29,0±5,0

Аналог Agrobacterium radiobacter №Д-325 обеспечивает повышение урожайности ячменя на 7-17% [2]. Учитывая наличие прямой зависимости между всхожестью семян и урожайностью злаков [8, 9] предлагаемое средство способно обеспечить повышение урожайности в среднем на 24%, причем эффективность защиты возрастает по мере увеличения концентрации тяжелых металлов в почве.

Источники информации

1. Соколова А.Я. Изучение протекторного действия бактерий рода Klebsiella на газонные травы в условиях засоления почвы. - Автореферат дисс. канд. биол. наук. - М., 2006 г., 24 с.

2. Патент РФ №2214082. Способ предпосевной обработки семян ячменя / Ковалев Н.Г., Юдкин Л.Ю., Степанок В.В. / Заявл. 2001.04.06; опубл. 2003.10.20.

3. Вялых Л.К., Мелентьев А.И. Индукция устойчивости к ржавчине у ячменя и пшеницы, вызываемая препаратом Бациспецин БМ // Микробиол. охрана биосферы в регионах Урала и Северного Прикаспия / Тез. докл. Всес. симп. - Оренбург, 1991. - С.23-24.

4. Патент РФ №2099947. Биопрепарат Фитоспорин для защиты растений от болезней / Смирнов В.В., Сорокулова И.Б., Бережницкая Т.Г. и др. / Заявл. 1997.12.27; опубл. 25.12.97.

5. Патент РФ №2201678. Биопрепарат для защиты растений от грибных и бактериальных болезней / Байгузина Ф.А., Кузнецова Т.Н., Захарова Р.Ш. и др. / Завл. 2001.02.19; опубл. 2003.04.10.

6. Патент РФ №2182172. Штамм бактерий Bacillus subtilis, обладающий широким спектром антагонистической активности / Байгузина Ф.А., Кузнецова Т.Н., Байгузина С.Н. / Завл. 04.05.2001; опубл. 2002.05.10.

7. Смирнов В.В. Спорообразующие аэробные бактерии - продуценты биологически активных веществ // Киев: Наукова думка, 1982 г. - С.38, 112.

8. Ахтариева Т.С. Урожайность и качество зерна раннеспелых сортов яровой пшеницы в условиях Северной лесостепи Тюменской области // Автореферат дисс. канд. с.-х. наук. - Тюмень, 2006. - 17 с.

9. Крылов Е.А. Влияние ряда факторов проявление Ustilago nuda (Jens.) Rostr. в посевах ярового ячменя // Автореферат дисс. канд. биол. наук. - Большие Вяземы, 2007. - 25 с.

Применение суспензии штамма бактерии Bacillus subtilis 11В с концентрацией 1·10⁶-1·10⁸ клеток в 1 мл в качестве средства для повышения всхожести семян злаковых растений в почвах, загрязненных тяжелыми металлами.