Агенты биологического контроля для формирования ризосферы салата
30 января 2025, 18:43
Журнал «Гавриш», №6/2024
В статье рассматриваются агенты биологического контроля, входящие в состав биопрепаратов ГК «Биом», для применения их как на начальном этапе выращивания салата, так и на стадии сформировавшейся ризосферы. Показана эффективность использования биопрепаратов на основе клеток Pseudomonas fluorescens, Bacillus subtilis и Trichoderma spp. для формирования устойчивого микробного сообщества при выращивании салата в торфяных и минераловатных субстратах, достигаемая за счет большого многообразия положительный свойств данных агентов биологического контроля.
Ключевые слова
Агент биологического контроля, бактерии рода Pseudomonas, бактерии рода Bacillus, грибы рода Trichoderma, салатные линии, минеральная вата, биологическая защита.
Требования к субстратам
В защищённом грунте предъявляются высокие требования к субстратам, которые, в первую очередь, должны обеспечивать получение высокого урожая с контролируемой корневой зоной в отношении воды, питательных веществ и доступа к воздуху. Субстрат также должен иметь достаточную буферную ёмкость, быть свободным от фитопатогенов и вредных примесей, обладать определёнными физическими и химическими свойствами, такими как хорошая пористость, высокая водоудерживающая способность, стабильная структура, низкое содержание солей и необходимый уровень pH.
В овощеводстве используют органические или традиционные субстраты – торф, компосты, опилки, кору хвойных деревьев, а также неорганические или минеральные – перлит, минеральная вата, цеолит, керамзит, песок, которые применяют отдельно или совместно (например, торф с перлитом) [1]. При выращивании салата наибольшее применение в качестве органических субстратов находят торфа. Они имеют хорошую пористость и высокую поглотительную способность. Торф является активным субстратом, так как связывает в поглощающем комплексе питательные вещества, которые затем могут использоваться растениями. Однако к качеству торфа предъявляются высокие требования – он должен обладать однородностью, иметь оптимальную реакцию среды, быть химически нейтральным, не содержать вредных для растений примесей, иметь высокую поглательную способность, а также быть свободным от вредителей и фитопатогенных микроорганизмов [2].
В свою очередь, минераловатные субстраты, в частности минеральная вата, сегодня активно завоевывает позиции в качестве субстрата для выращивания растений в условиях защищенного грунта. Это относительно новое применение данного материала, которое, однако, демонстрирует огромный потенциал и все чаще привлекает внимание аграриев. За счет своей структуры, а именно наличия большого количества воздушных каналов, минеральная вата обладает высокой пористостью, влагоёмкостью и воздухоёмкостью, что приводит к полноценному насыщению субстрата кислородом, необходимого для развития и роста ризосферных микроорганизмов, корневой системы и растения в целом. Не мало важным является химическая и биологическая инертность минеральной ваты, что обеспечивает её стабильность и сохранность питательных элементов для растения [3].
Вне зависимости от вида субстрата, применяемого для выращивания салата, и несмотря на короткий период выращивания, важно на первоначальном этапе самостоятельно формировать устойчивый биоценоз из фитоположительных или фитонейтральных микроорганизмов, во избежание спонтанного заселения субстрата через воздушные и водные потоки некачественной микрофлорой, которая может включать в себя фитопатогенные культуры и приводить к поражению и заболеваниям растения. Более того особенно важно на данном этапе создавать максимально разнообразное сообщество микроорганизмов для получения стабильного и устойчивого по отношению к биотическим и абиотическим стрессам биоценоза.
Заселение субстрата
Заселение субстрата должно начинаться с микроорганизмов, которые главным образом будут стимулировать развитие и рост салата с первых дней посева. К таким микроорганизмам относится бактериальная культура Pseudomonas fluorescens, которая составляет основу биопрепарата Витариз Экстра Ж. Особенно эффективно использование данного препарата в поливных растворах как после посева семян в кассеты, осуществляя полив дождеванием по всходам, так и после пикировки, производя орошение проточным способом или подтоплением.
Являясь одновременно биостимулятором, биоудобрением и биопротектором, Pseudomonas fluorescens могут стимулировать рост растений, повышая уровень фитогормонов, таких как индолуксусная кислота (ИУК), цитокинины, гиббереллины, этилен и абсцизовая кислота [4]. Согласно нашим исследованиям, внесение биопрепарата Витариз Экстра Ж на начальных этапах развития семян кресс-салата гибрида F1 Карфур позволяет значительно ускорить рост салата, о чём свидетельствуют увеличение средней длины и разветвлённости корневой системы, увеличение количества и площади листьев, а также прирост общей биомассы. В ходе исследования также рассчитывался фитотоксичный эффект по формуле [5]:
где Mк – средняя масса проростков в контрольной пробе
Моп – средняя масса проростков в опытной пробе
В случае, если показатель фитотоксичности больше 15%, то бактериальная культура Pseudomonas fluorescens считалась токсичной для салата, если менее -15%, то фитостимулирующей. В случае, если фитотоксичный эффект попадал в интервал от -15% до 15%, то эффект биопрепарата нейтрален.
Результаты представлены в таблице 1.
Помимо этого, Pseudomonas fluorescens обладает высокой скоростью роста при метаболизме растительных экссудатов, что является необходимым условием для эффективной конкуренции за пространство и питательные вещества с другими микроорганизмами, которые могут попасть в минераловатный субстрат с воздушными и водными потоками. При этом Pseudomonas fluorescens способна сохраняться в минеральной вате на протяжении 28 суток и более, что было показано нами ранее и является одним из ключевых свойств для агента биологического контроля [6]. Помимо прямого действия бактерий рода Pseudomonas на растения, связанного с повышением доступности элементов минерального питания, синтезом метаболитов с гормональными, сигнальными и другими функциями, регулирующими рост, индукцией механизмов системной устойчивости к стрессам абиотической и биотической природы, Pseudomonas также оказывают косвенное воздействие на растения, вытесняя и подавляя развитие фитопатогенов, благодаря синтезу противомикробных веществ различного строения [7].
По мере развития растения и формирования биоценоза важным является контролировать и не допускать развитие фитопатогенной микрофлоры. Против возбудителей грибных заболеваний эффективными являются грибы рода Trichoderma sp., которые обладают высокой скоростью роста при метаболизме растительным экссудатов и эффективно колонизируют субстрат, за счет чего активно конкурируют за экологическую нишу и питательные ресурсы [8]. Также Trichoderma sp. способны производить большое количество разнообразных метаболитов, наиболее важными из которых являются терпены, пироны, поликетиды и нерибосомные пептиды [9]. Некоторые из этих вторичных метаболитов обладают антибиотической активностью, подавляя рост и размножение фитопатогенных грибов, таких как Fusarium sp., Botrytis sp. и др. Будучи конкурентами в растительной среде Trichoderma sp. могут препятствовать или противодействовать стратегиям нападения фитопатогенов на растения. Например, протеазы, выделяемые Trichoderma, могут ингибировать ферменты, вырабатываемые патогенами для разрушения растительных тканей с целью проникновения [9].
При использовании различных видов субстратов в качестве лечебного и профилактического средства для подавления возбудителей грибных заболеваний – корневые, прикорневые гнили, питиоз, фузариоз и др. эффективен биологический препарат Трихозан для салатных линий СХП, представляющий иммобилизованные клетки Trichoderma viride в хитозановую оболочку, которая защищает их от возможного негативного внешнего воздействия, и вносимый непосредственно в субстрат
На поздних этапах развития салата в условиях сформировавшегося биоценоза для регулирования численности отрицательной микрофлоры рекомендуются биопрепараты на основе Bacillus subtilis. Наиболее примечательной чертой Bacillus subtilis является способность производить широкий спектр биоактивных соединений, главным образом метаболитов, обладающих фунгицидной активностью, которые эффективны против корневых и прикорневых гнилей, вызываемых такими родами грибов, как Fusarium sp., Verticillium sp., Pythium sp., Rhizoctonia sp. и др [10]. Вместе с тем Bacillus subtilis могут развивать антагонизм против широкого спектра бактериальных патогенов растений за счет синтеза бактерицидов пептидной природы, которые действуют против клеток-мишеней, блокируя синтез клеточной стенки [10]. Хитозановая оболочка, обволакивающая живые клетки Bacillus subtilis в препарате Пралин для салатных линий, СХП, предназначенного для замешивания в субстрат, дает возможность постепенно выходить действующему веществу, в результате чего достигается пролонгирующий эффект до 1 – 1,5 месяцев.
Вследствие того, что лист салата является важной товарной частью растения, необходимо также принимать профилактические и лечебные меры против заболеваний, вызываемых такими фитопатогенами, как Botrytis sp., Xanthomonas sp. и др., которые приводят к поражению листьев в виде некротических пятен и водянистой гнили. Для подавления развития возбудителей инфекций на листовом аппарате бактериальная культура Bacillus subtilis также эффективна и для обработки поверхности листьев можно применять препараты на её основе, такие как Пралин Экстра, СП или Пралин Экстра, Ж.
Использование биопрепаратов на основе агентов биологического контроля при выращивании салата позволит создавать экопочву и устойчивую ризосферу, что в свою очередь окажет положительное влияние на само растение. При этом показано, что агенты биологического контроля, входящие в состав препаратов ГК «Биом», обладают большим количеством положительных свойств, что позволяет формировать устойчивое микробное сообщество на начальных этапах и корректировать состав и численность бактериальных и грибных фитопатогенов на протяжении всего периода выращивания салата.
1. Сафонова Е.В. Виды субстратов для овощей в защищенном грунте // Инновационная наука . - 2015. - №7. - С. 38-41.
2. Рындин, А. В. Субстраты для выращивания цветочных и других тепличных культур (Обзор) / А. В. Рындин, В. М. Лях, Н. В. Козлова // Субтропическое и декоративное садоводство. – 2018. – № 65. – С. 16-39.
3. Реутова, Т. О. Минеральная вата - отличный субстрат для растений / Т. О. Реутова, Д. К. Скосырев // Гавриш. – 2011. – № 6. – С. 30-32.
4. Putra A. M. et al. Growth performance and metabolic changes in lettuce inoculated with plant growth promoting bacteria in a hydroponic system //Scientia Horticulturae. – 2024. – Т. 327.
5. Привалова Н.М., Процай А.А., Литвиненко Ю.Ф., Марченко Л.А., Паньков В.А. Определение фитотоксичности методом проростков // Успехи современного естествознания. – 2006. – № 10. – С. 45-45
6. Павленко Е.О., Кускова А.В., Писаревская В.А., Морозова Е.А., Шагаев А.А., Марквичев Н.С. Исследование взаимодействия бактерий рода Streptomyces sp. и Pseudomonas sp. при развитии в минераловатном субстрате на фоне экссудации растений огурца // Труды XXIV Ежегодной молодежной конференции с международным участием ИБХФ РАН-ВУЗЫ "Биохимическая физика". - Москва : РУДН, 2024. - С. 252-257.
7. Wang Y. et al. Antimicrobial metabolites produced by the plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR): Bacillus and Pseudomonas //Advanced Agrochem. – 2024.
8. Писаревская В. А. и др. Поверхностное культивирование грибов рода Trichoderma на средах, моделирующих экссудаты Cucumis sativus //Успехи в химии и химической технологии. – 2021. – Т. 35. – №. 12 (247). – С. 164-167.
9. Woo S. L. et al. Trichoderma: a multipurpose, plant-beneficial microorganism for eco-sustainable agriculture //Nature Reviews Microbiology. – 2023. – Т. 21. – №. 5. – С. 312-326.
10. Bonaterra A. et al. Bacteria as biological control agents of plant diseases //Microorganisms. – 2022. – Т. 10. – №. 9. – С. 1759.
