Томский государственный университет, НИИ Биологии и Биофизики

Эта работа опубликована в сборнике научных трудов «Актуальные проблемы биологии, медицины и экологии» (2004 год, выпуск 1), под редакцией проф., д.м.н. Ильинских Н.Н. Посмотреть титульный лист сборника

Широкое распространение заболеваний растений, вызываемых фитопатогенными грибами и бактериями, наносит огромный ущерб сельскому хозяйству, лесоводству и цветоводству [1]. Методы борьбы с этими заболеваниями недостаточно эффективны и основаны на использовании химических препаратов, в большинстве случаев токсичных. Широкое и часто нерегулируемое применение пестицидов привело к загрязнению окружающей среды вследствие накопления этих веществ в почве и природных водах, что нанесло серьезный ущерб экологии и здоровью людей [2]. В связи с этим в последние годы большое внимание уделяется развитию экологически чистых биологических методов борьбы с заболеваниями растений.
В основе биологического метода защиты растений от фитопатогенов лежат природные, естественные явления сверхпаразитизма и антибиоза (антагонизм, фунгистазис, супрессивность) между микроорганизмами, то есть сапротрофной, паразитной и патогенной микробиотой. Устойчивость растений к заболеваниям во многом определяется результатами взаимодействия между корневой системой растений и разнообразными микроорганизмами в зоне ризопланы [1, 2, 3]. В целом, в ризосфере культурных растений особенно многочисленны бактерии рода Pseudomonas [3, 4]. Для псевдомонад доступными источниками питания служат корневые выделения и вещества отмерших клеток корней  и их высокая скорость роста позволяет сохранять численное преимущество над многими конкурентами [2, 3, 4]. Стимулирующее действие ризосферных псевдомонад на рост растений связано с образованием физиологически активных веществ, подавлением фитопатогенных микроорганизмов и увеличением доступности растениям питательных элементов из труднорастворимых соединений [3, 4]. Псевдомонады влияют на растения за счет синтеза различных метаболитов, полезных для растений. В процессе культивирования псевдомонады способны накапливать в значительных количествах пигменты, антибиотики, аминокислоты, полисахариды, токсины, витамины и некоторые органические вещества.
Несмотря на высокую биологическую активность и широкое распространение в природе использование псевдомонад для борьбы с возбудителями всевозможных заболеваний не получило должного распространения в сельском хозяйстве [3, 4]. Возможно это связано с непостоянством наблюдаемого защитного эффекта [4].
Еще одна причина, по которой метод биологической борьбы с фитопатогенными микроорганизмами на практике не получил широкого распространения это то, что для микроорганизмов необходимо дорогое сахаросодержащее сырье и, следовательно, дополнительные затраты на обеспечение стерильности. Поэтому вызывают интерес штаммы бактерий, которые можно культивировать в не стерильных условиях. Одним из таких штаммов является штамм В-6798 Pseudomonas sp. выделенный из активного ила очистных сооружений ТНХК, преимуществами которого является способность использовать формальдегид в составе минеральных сред в качестве единственного источника углерода и энергии [5].
Целью данной работы являлось изучение влияния обработки картофеля бактериями р. Pseudomonas шт. В-6798 в полевых условиях и при хранении. Предыдущие исследования показали, что данный штамм бактерий обладает фунгистатическим действием на ряд патогенных грибов и оказывает стимулирующее влияние на рост и развитие таких культур как лен, картофель, кукуруза. У льна при обработке увеличивается число коробочек, длина корня, снижается степень развития фузариоза льна в 2,5 раза (Муравская Н.А., 2001) [5]. В опытах Артемовой А.А. (2003) [6] показано, что под влиянием бактерий штамма В-6798 увеличивается длина вегетативной части растений и количество корней второго порядка в 2-8 раз, обработка семян приводит к снижению пораженности кукурузы грибными патогенами на 30-40 %.
Материалы и методы
Чистая культура бактерий р. Pseudomonas шт. В-6798  выращивалась на жидкой и на твердой среде М9 с формальдегидом в качестве единственного источника углерода для бактерий в концентрации 4 г/л.
Клубни картофеля инокулировали перед посадкой. Титр клеток инокулюма составлял 106-107 кл/мл. В качестве контроля служили: для чистого контроля (К1) - клубни, смоченные водой, для контроля (К2) – клубни, обработанные препаратом “Планриз” на основе бактерий Ps. putida (использовался в качестве эталона для сравнения действия бактерий  Pseudomonas sp. штамм В-6798).  
Полевой опыт проводился на участке в поселке Тимирязево г. Томска. Общая площадь участка составила – 424 м2, учетная – 262 м2. Опыт был проведен в 3-х повторностях на двух сортах: Жуковский и Фреско.
В качестве контролируемого параметра в течение вегетации использовали скорость роста побегов. Для этого в течение месяца измерялась длина максимального побега  в каждом кусте в опыте и контролях. Первое измерение было проведено на 15 сутки после посадки картофеля. Последующие измерения проводились с интервалом в 4 суток. На ряду с величиной побегов измерялось количество побегов в кусте,  обильность цветения на сорте Жуковском.  Уборка урожая проводилась с измерением массы клубней и количеством клубней  в каждой лунке отдельно по вариантам, фонам, повторностям и сортам. В период хранения были проведены клубневые анализы для оценки влияния бактерий исследуемого штамма в качестве агента биоконтроля.
Результаты и их обсуждение
1.    Бактеризация картофеля формальдегидутилизирующими псевдомонадами увеличивает скорость роста надземной массы на 19 % по сравнению с контролем и на 13 % по сравнению с препаратом “Планриз”. Количество стеблей в контрольных и опытных вариантах достоверно не различаются.
2.    Обработка картофеля бактериями Pseudomonas sp. штамм Β-6798 увеличивает покустовую массу картофеля обоих сортов относительно контроля на 35-40 %;  препарат “Планриз” – на 25 % относительно сорта Фреско.
3.    Обработка картофеля формальдегидутилизирующими  псевдомонадами значимо снижает степень развития ризоктониоза по сравнению с контролем в 2,6 раза (62±%), по сравнению с препаратом “Планриз”  в 1,3 раза (22±%); степень развития паршой обыкновенной в 1,9 раза (47,9±%) и в 1,5 раза (32,4±%) соответственно.
Заключение
Таким образом, установлено положительное действие формальдегидутилизирующих псевдомонад на развитие картофеля. Бактеризация и последующая обработка растений картофеля повышала их энергию прорастания, в течение вегетации скорость роста стеблей обработанных растений была выше. Обработка растений бактериальными суспензиями привела к появлению тенденции увеличения количества стеблей в кусте, но статистической значимости не выявила. Цветение на сорте Жуковском в опытном варианте происходило раньше и обильнее чем в контрольных.  Прибавка урожая составила 10-40 % в зависимости от сорта и контрольного варианта. Обработка картофеля формальдегидутилизирующими  псевдомонадами значимо снижала степень развития ризоктониоза и парши обыкновенной в период хранения. В работе показано преимущество использования формальдегидутилизирующих псевдомонад по сравнению с известным препаратом “Планриз” на основе бактерий Ps. putida.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
Из литературы известно [3], что стимулирующее влияние на рост и развитие вегетативной массы основано на том, что бактерии рода  Pseudomonas  способны к синтезу различных регуляторов роста (ИУК, гиббереллины), витаминов. Формальдегидутилизирующие псевдомонады способны продуцировать ИУК, которая стимулирует рост корней, в количестве 8,03*10-1  мкг/мл [9]. Антагонистическое действие бактерий рода Pseudomonas основано на том, что они синтезируют различные пигменты и антибиотики. Пигменты микроорганизмов играют большую роль в их жизнедеятельности и определяют антибактериальное действие. Бактерии штамма В-6798 синтезируют желто-зеленые флуоресцирующие пигменты, называемые сидерофорами [5]. Сидерофоры бактерий связывают железо быстрее, чем фитопатогены, а без доступного железа в среде развитие любого фитопатогена прекращается [1]. Помимо сидерофоров псевдомонады синтезируют свыше пятидесяти веществ, обладающих антибиотической активностью.
Широкомасштабное использование в сельском хозяйстве биопрепаратов на основе ризосферных бактерий рода Pseudomonas сдерживается отсутствием стандартных технологий их производства. В настоящее время ведутся разработки технологий получения биопрепаратов на основе ризосферных псевдомонад. В России в настоящее время зарегистрировано 4 биопрепарата на основе бактерий рода Pseudomonas, но они используют для питания дорогое сахаросодержащее сырье, что удорожает препарат и применяются в основном для злаковых культур и не разрешены к применению на овощных культурах [1]. Поэтому препарат на основе формальдегидутилизирующих псевдомонад обладает рядом преимуществ по сравнению с уже известными препаратами: в качестве сырья бактерии используют формальдегид, эффективен против некоторых фитопатогенов и обладает стимулирующим действием на ряд сельскохозяйственных культур.

Литература
1.    Соколов М.С. Состояние, проблемы и перспективы применения экологически безопасных пестицидов в растениеводстве// Агрохимия. – 1990.- № 10. - С. 124 – 143.
2.    Сорокина Т.А., Леманова Н.Б., Липасова В.А., Хмель И.А. Антагонистическое действие двух штаммов  Pseudomonas на фитопатогенные грибы и бактерии и перспективы их использования для биологической борьбы с заболеваниями растений // Биотехнология. – 1998. - № 2. - С. 37 - 43.
3.    Боронин А.М. Ризосферные бактерии рода Pseudomonas, способствующие росту и развитию растений // Соросовский образовательный журнал. - 1998.- №10.- С. 25-31.
4.    Сидоренко О.Д. Действие ризосферных псевдомонад на урожайность сельскохозяйственных культур // Агрохимия. – 2001. - № 8. – с. 56-62.
5.    Пат.РФ 21022474. Штамм метилотрофных бактерий Pseudomonas sp. ВКПМ В-6798, способный использовать формальдегид в качестве единственного источника углерода и энергии в бедной минеральной среде / Евдокимов Е.В., Миронов М.В., Евдокимов А.В., Маниенко И.Э., Корниевская Е.В., С. 8.
6.    Муравская Н.А. Изучение антагонистического и стимулирующего действия формальдегидрезистентных бактрий Pseudomonas sp. на лен-долгунец / Дипл. работа. – Томск: ТГУ, 2001. – 70 с.
7.    Артемова А.А. Влияние бактерий Pseudomonas sp. штамм В-6798 и Azotobacter chroococcum как при раздельном, так и при совместном использовании на рост и развитие кукурузы в модельных условиях / Дипл. работа. – Томск: ТГУ, 2003. – 49 с.
8.    Методика исследований по культуре картофеля // Редкол. Н.А. Андрюшина. – М.: Сельхозиздат, 1967. – 263 с.
9.    Гущина Ю.А., Головацкая И.Ф. Формальдегидрезистентные псевдомонады как стимуляторы роста корней льна-долгунца // Вопросы устойчивого и бескризисного развития. - Новосибирск: Изд-во ИДМИ, 2001. – № 4/2. – С. 67-70.