Індукуючий вплив біодобрив на продуктивність рослин томатів і формування мікробіоти ризосфери

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Національний університет біоресурсів і природокористування України

Інститут мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України

Індукуючий вплив біодобрив на продуктивність рослин томатів і формування мікробіоти ризосфери

Ю.В. Коломієць, І.П. Григорюк, Л.М. Буценко

Анотація

томат біодобриво насіння розсада

Встановлено, що обробка насіння біодобривами скорочує тривалість основних етапів органогенезу рослин томата у період розвитку розсади, сприяє прискоренню утворення справжніх листків та кількості закладених квіток. Застосування біодобрив Агро-Бак Плюс, Рост Концентрат (Велес-БІО, ТОВ СПГ) і Екстрасол (ТОВ Бісолбі-Інтер) сприяє зниженню вмісту нітратів та підвищенню вмісту сухої речовини, сумарних цукрів, вітаміну С та харчової якості плодів томатів. Біодобрива на основі азотфіксувальних бактерій Bacillus subtilis і гумату калію виявляють стимулювальний вплив на кількість мікроорганізмів важливих у агрономічному аспекті груп ризосфери рослин томата сорту Клондайк.

Ключові слова: біодобрива, томат, мікробні угруповання, продуктивність.

Продуктивність рослин овочевих культур визначається змінами ґрунтово-мікробіологічних умов їх живлення. Однією із перспектив екологічних біотехнологій у овочівництві є застосування біодобрив, основу яких становлять живі культури мікроорганізмів, селекціоновані за корисними властивостями, і продукти їх метаболізму. До складу біодобрив входять симбіотичні, асоціативні і ризосферні мікроорганізми, які успішно конкурують з аборигенною мікрофлорою і мають колонізаційну активність щодо кореневої системи рослин [1].

Бактерії родів Rhizobium, Azotobacter, Clostridium, Azospirillum, Pseudomonas і Bacillus, які характеризуються сукупністю корисних для рослин властивостей, прийнято позначати як PGPR (Blant growth-promoting rhizobacteria), тобто такі, що зумовлюють ріст і розвиток рослин ризобактерії. Використання біодобрив на основі вказаної групи мікроорганізмів сприяє підвищенню родючості ґрунту і розширенню видового складу еколого-трофічних груп завдяки різкому збільшенню чисельності корисних форм мікроорганізмів і оптимізації їх взаємодії в агрофітоценозах, що підвищує продуктивність і якість плодів томатів [2]. Інтродукція живих клітин PGPR у ґрунті дає змогу застосовувати їх як засіб захисту рослин від фітопатогенів і стимуляторів росту [3].

Бактерії роду Bacillus виділяються з внутрішніх частин здорових рослин (коренів, стебла, насіння, бульб), продукують антифунгальні антибіотики пептидної природи, сидерофори, літичні ферменти, токсини, фітогормони і вітаміни та фіксують азот атмосфери [4]. Важливою особливістю бацил у ризосфері, на коренях і всередині рослин є їх висока конкурентоспроможність за умов колонізації відповідних частин рослин та утворення бактеріальнорослинних асоціацій. Існуючі властивості є важливими щодо найперспективніших штамів для створення біодобрив з комплексом цінних господарських властивостей як екологічно безпечна альтернатива хімічним і мінеральним добривам [5, 6].

Як регулятори росту і адаптогени, що підвищують стійкість рослин до несприятливих умов навколишнього природного середовища, застосовують гумінові добрива [6]. За їх дії у клітинах прискорюється білковий обмін, що супроводжується посиленням росту рослин, зниженням вмісту нітратів у плодах, а також підвищується інтенсивність процесів дихання, фотосинтезу і водообміну, зростає концентрація хлорофілу і аскорбінової кислоти, особливо у початковій фазі розвитку рослини. Екологічні функції гумінових добрив на овочевих культурах забезпечують достовірне підвищення схожості насіння, ступеня приживлюваності розсади, стійкості проти заморозків, посухи і хвороб, збільшення обсягу кореневої системи, кількості зав'язей, урожайності та якості продукції [6, 7].

Фізіологічно активні форми гумінових речовин є необхідними для регуляції метаболізму мікрофлори ґрунту, що сприяє поліпшенню мінерального живлення рослин. У ґрунтах, удобрених гуматами, збільшується чисельність мікроорганізмів і підвищується ферментативна активність ґрунту внаслідок посилення рухливості сполук фосфору, утворення нітритів, фотохімічної фіксації азоту й доступності для рослин органічного азоту ґрунту, прискорення надходження аміачних і амідних форм азоту, фосфору, заліза, кальцію та алюмінію [7].

Мета роботи -- дослідити вплив біодобрив (мікробіологічних і природних похідних гумінових речовин) на розвиток та продуктивність рослин томата, мікробіологічне різноманіття ризосфери.

МАТЕРІАЛИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ

Рослини томата сорту Клондайк вирощували в умовах науково-дослідного поля «Плодоовочевий сад» Національного університету біоресурсів і природокористування України. Були досліджені такі біодобрива: Агро-Бак Плюс, що містить бактерії Bacillus subtilis M4, титр 1 х 108 КУО/г препарату; Екстрасол -- Bacillus subtilis Ч-13, титр 1х108 КУО/мл3; Рост Концентрат -- 12-14% гумату калію, мікрой макроелементи, природні стимулятори, вітаміни, антибіотики та біологічно активні речовини (N, P, K, Ca, Mg, S, Fe, Cu, Zn, Co, Mo та B). Біодобрива застосовували для передпосівної обробки насіння (за 1 год), а також упродовж вегетації для обприскування рослин томата у фазі 3-4 листків і за видимих симптомів грибного ураження в концентраціях, рекомендованих виробником.

Біометричні показники і врожай рослин оцінювали за загальноприйнятими методиками [8]. Вміст сухої речовини у дозрілих плодах томатів визначали гравиметричним методом (ГОСТ 13586.5-93), цукрів -- за Бертраном (ГОСТ 8756.13-87), вітаміну С (аскорбінової кислоти) -- за Муррі (ГОСТ 24556-89), загальну кислотність -- методом титрування витяжки розчином лугу (ГОСТ 25555.0-82), нітратів -- потенціометрично за допомогою іонселективного електрода (ГОСТ 29270-95), цукрово-кислотний коефіцієнт -- за співвідношенням цукрів та кислотності плодів [9].

Ступінь ураження хворобами оцінювали за формулою [9]:

C = V(a х б) / n х к х 100%,

де С -- ступінь ураження хворобами, %; а -- кількість уражених рослин за кожним балом, од.; б -- бал ураження; п -- вищий бал шкали обліку; к -- загальна кількість облікових рослин, од.; Ј -- сума множників (а х б).

Для визначення кількості фізіологічних груп мікроорганізмів використовували наважки ґрунту по 10 г, з яких готували суспензії відповідних 10-кратних розведень. Чисельність амоніфікувальних і спороутворювальних бактерій визначали в умовах висіву розведень досліджуваної суспензії на м'ясо-пептонний агар. Загальну чисельність мікроорганізмів, що здатні використовувати мінеральні форми азоту, та стрептоміцетів виявляли на крохмально-аміачному агарі; чисельність олігонітрофільних -- на середовищі Ешбі; чисельність педота оліготрофних -- на ґрунтовому та «голодному» агарі. Облік целюлозоруйнівних мікроорганізмів здійснювали на середовищі Гетченсона, фосфатмобілізуючих -- на глюкозо-аспарагіновому середовищі з додаванням Са3(РО4)2. Чисельність мікроміцетів визначали шляхом висіву ґрунтової суспензії на середовище Чапека з додаванням стрептоміцину; мікроорганізмів -- за кількістю колонієутворювальних одиниць в 1 г абсолютно сухого ґрунту (КУО/г) [10].

РЕЗУЛЬТАТИ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ

Обробка біодобривами сприяла підвищенню посівної якості насіння томатів. Так, у середньому на контролі енергія проростання становила 28-30%, у дослідних варіантах -- 33-44, схожість -- 83 і 85-94% відповідно [8]. Установлено, що насіння томатів з високою схожістю є стійкішим проти несприятливих умов проростання і менше пошкоджується хворобами та шкідниками. Слід зауважити, що насіння перших термінів проростання забезпечує вищу частку виживання рослин [6].

Крім інтенсивності проростання, нами вивчено ефективність впливу біодобрив на ріст і розвиток розсади томатів. Так, біодобрива помітно стимулювали ріст коренів і пагонів. Висота рослин томатів на контролі (без застосування біодобрив) становила 28±0,5 см. Найбільший вплив на висоту рослин (32,8±0,5 см) нами виявлено за умов використання біодобрива Рост Концентрат на основі похідних гумінових речовин природного походження (табл. 1).

Застосування біодобрив у технології вирощування томатів стимулювало формування вегетативної маси і площі листків, довжину міжвузля та діаметр стебла. Площа окремого листка і загальна листкова поверхня рослини дає змогу оцінити його фотосинтетичний потенціал і функціональну активність, що безпосередньо обумовлено формувальними процесами, які визначають ріст та розвиток рослин. У контрольному варіанті площа листків у рослин томата сорту Клондайк становила 0,065 м2. Максимальне збільшення їх площі на 30,11% спостерігалося за дії біодобрива Рост Концентрат, що обумовлено наявністю в його складі мікроелементів B, Zn, Со, які ефективно забезпечували формування листкової пластинки. Отже, перевагою застосування гуматовмісних препаратів на овочевих культурах є збалансоване надходження елементів мінерального живлення і їх ефективне функціонування в клітинах шляхом інтенсифікації й синхронізації обмінних процесів, підвищення процесів росту і розвитку, вмісту кількості цукрів, білків та вітамінів.

Таблиця 1 Вплив біодобрив на біометричні показники, врожайність і товарність плодів рослин томата сорту Клондайк у перший місяць плодоношення

Обробка насіння, розсади і рослин томата під час вегетації у фазі квітування біодобривами відповідно прискорювало: появу ранніх і дружних сходів -- на 1-3 доби, утворення трьох і п'яти листків -- на 2-4, появу бутонів і квітування рослин томата -- на 3-5 діб завдяки активному накопиченню в листках сухих речовин, цукрів, аскорбінової кислоти, азоту, хлорофілів та каротиноїдів. Зав'язування бутонів у варіанті з використанням біодобрива Рост Концентрат відбувалося у розсадний період -- на 44-45 добу, Агро-Бак Плюс та Екстрасол -- на 46-49 добу. Вказані біодобрива сприяли більш ранньому початку фази квітування рослин, яка розпочиналася на 57 добу, що на 3-4 доби раніше за контроль. Найкоротший період від сходів до фази плодоутворення спостерігався у варіанті з Рост Концентратом -- 80-82 доби. Тривалість періоду від початку фази квітування рослин до плодоутворення становив 24-25 діб у всіх варіантах досліду.

Отже, біодобрива не впливали на швидкість утворення плодів, а лише прискорювали настання фази квітування. Зміна фаз розвитку у овочевих культур також залежить від накопичення фітогормонів, похідними яких є продукти обміну речовин мікрофлори ґрунтів [4]. Упродовж періоду вегетації найбільша кількість китиць утворювалась за використання біодобрива Рост Концентрат. Раніше було встановлено високу ефективність застосування на овочевих культурах гумінових речовин, які забезпечують пролонговане живлення рослин, прискорення процесів їх росту і розвитку, плодоношення та дозрівання [7].

За дії біодобрив, що стимулюють ріст рослин томатів, інтегральним показником ефективності їх використання є врожайність, яка дає змогу встановити доцільність застосування біологічно активних речовин у виробництві [4]. Нами обґрунтовано, що біодобрива прискорюють темпи розвитку рослин і тим самим сприяють підвищенню врожайності томатів. За перший місяць плодоношення з рослин, оброблених біодобривами, отримано вищий урожай, ніж у контрольному варіанті. Так, підвищення врожайності сорту томата Клондайк за 30 діб плодоношення внаслідок застосування біодобрив становило в середньому 22,7-24,5%. Такий ефект пояснюється прискоренням процесів квітування і зав'язування плодів. За літературними даними [6], застосування біодобрив на основі ризосферних бактерій Bacillus підвищує врожайність плодів томатів за сезон у середньому на 22% завдяки збільшенню кількості зав'язей і плодів на рослині. Порівняно з мінеральними добривами, які також сприяють підвищенню врожайності томатів, бактеріальні -- значно дешевші і безпечніші. Продукція, отримана за їх застосування, є економічнішою у виробництві та екологічно безпечною.

Субстрат, добрива, заходи із догляду, сорти, гібриди культур і умови мікроклімату забезпечують формування якісних показників овочевої продукції, у т.ч. сухої речовини й цукрів, що є важливими в енергетичному, харчовому та смаковому аспектах [6]. Нами проведено біохімічну оцінку якості плодів томатів за умов використання біодобрив для з'ясування їх поживної цінності. Досліджені біодобрива підвищували накопичення у плодах томатів сухої речовини, вітаміну С і сумарних цукрів, але не виявляли істотного впливу на вміст органічних кислот у плодах (рис.). Для оцінки смакових і харчових властивостей нами розраховано цукрово-кислотний коефіцієнт, що варіює у межах 5,855,97 балів. Залишкові кількості нітратів у плодах томатів становили 2,00-2,03 мг/кг сирої маси і не перевищували допустимо граничних концентрацій, встановлених «Медико-біологічними вимогами та санітарними нормами якості продуктової сировини і харчових продуктів», що внесені до Державного стандарту України.

Поряд із тим нами визначено ступінь ураження рослин сорту томата Клондайк під час вегетації рослин грибними і бактеріальними хворобами за умов використання біодобрив. Візуальні ознаки ураження проявлялись на рослинах сорту томата Клондайк у всіх досліджуваних варіантах.

Першою ознакою ураження було в'янення, хлоротичність нижніх листків і потемніння судин у нижній частині стебла рослин. Некроз судин проявився у верхній частині стебла і на черешках рослин. Ступінь ураження рослин на контролі становив 20,07%. За дії досліджуваних біодобрив характерним було підвищення імунітету томатів до хвороб, що супроводжувалося зниженням ступеня ураження листків та стебла до 15,67-17,32%. Істотне зниження ураження томатів унаслідок застосування біодобрив Агро-Бак Плюс, Рост Концентрат і Екстрасол обумовлено їх бактерицидними та імуномоделюючими властивостями. З'ясовано, що ендофітні бактерії Bacillus subtilis проявляють антагоністичну активність проти широкого спектра фітопатогенних бактерій і грибів

Акумуляція вмісту біохімічних показників у плодах рослин сорту томата Клондайк за дії біодобрив фізіологічно активні речовини та формують системну індуковану стійкість рослин проти патогенів [11].

Застосування біодобрив зумовлює зміни кількості представників основних еколого-функціональних груп мікроорганізмів ризосфери рослин томата, які беруть участь у трансформації сполук азоту, фосфору та вуглецю (табл. 2). Польовий ґрунт у контрольному варіанті відзначався значною чисельністю амоніфікувальних мікроорганізмів -- до 25,5 млн КУО/г ґрунту, а також змінами кількості іншої мікробіоти -- від 40 тис. до 21,6 млн КУО/г ґрунту. Це свідчить про високий рівень кореневих виділень та їх збагачення речовинами білкової природи, що є субстратами росту амоніфікаторів.

Застосування біодобрив у фазі чотирьох листків стимулювало збільшення кількості амоніфікувальних, целюлозоруйнівних, педотрофних і фосфатмобілізуючих мікроорганізмів у 1,1 --6,7 раза порівняно зконтролем. Кількість фосфатмобілізуючих, амоніфікувальних і олігонітрофільних мікроорганізмів у ризосфері рослин томатів максимально збільшувалася за використання біодобрива Агро-Бак Плюс і становила 55,5, 31,5 й 69,6 млн КУО/г ґрунту відповідно, що в 1,2--3,1 раза перевищує вказані показники в контрольному варіанті.

Мікроскопічні гриби є потенційною загрозою розвитку хвороб культурних рослин. Внесення біодобрив Агро-Бак Плюс, Рост Концентрат і Екстрасол обумовлювало незначне зниження кількості мікроміцетів і фітотоксичності ґрунту. Стрептоміцети є однією з головних таксономічних груп мікроорганізмів, задіяних у процесах утворення гумусу. Застосування біодобрив сприяло зростанню їх кількості в 1,6-2,7 раза порівняно з контролем.

У фазі квітування -- плодоношення нами виявлено значну стимулювальну дію біодобрив на чисельність мікроорганізмів у ризосфері рослин, що була в 1,2-8,3 раза вищою, ніж на контролі. Збільшення чисельності мікроорганізмів у кореневій зоні рослин унаслідок внесення біодобрив обумовлено їх безпосередньою дією на мікробіоту, а також стимуляцією процесів розвитку рослин, кількістю кореневих ексудатів та різноманіттям групи олігонітрофілів на поверхні коренів упродовж онтогенезу [3].

Таблиця 2 Кількість мікроорганізмів у ризосфері рослин томата сорту Клондайк за дії біодобрив

Обробка насіння біодобривами скорочувала періоди проходження етапів органогенезу у період розвитку розсади, прискорювала швидкість утворення справжніх листків і збільшувала кількість закладених квіток рослин. За умов внесення біодобрива Рост Концентрат визначено максимальне значення показників росту стебла (32,8± 0,5 см), площі листків (0,093 м), кількості китиць (7,53 од.) та зав'язування плодів томатів (93,3%). Застосування біодобрив сприяло зниженню вмісту нітратів, підвищенню вмісту сухої речовини, сумарних цукрів, вітаміну С, поліпшенню харчової якості та цінності плодів. Унаслідок обробки рослин томата сорту Клондайк біодобривами на основі азотфіксувальних бактерій Bacillus subtilis і гумату встановлено збільшення в 1,1-6,7 раза чисельності амоніфікувальних, целюлозоруйнівних, педотрофних та фосфатмобілізуючих мікроорганізмів порівняно з контролем, що сприяє оптимізації процесів трансформації органічних та неорганічних сполук.

Літиература

1. Чайковська В.В. Комплексні мікробні препарати для інтегрованих систем землеробства / В.В. Чайковська, Я.В. Чабанюк, О.В. Шерстобоєва // Мікробіологія і біотехнологія. -- 2007. -- № 1. -- С. 75-81.

2. Експериментальна ґрунтова мікробіологія / В.В. Волкогон, О.В. Надкернична, Л.М. Токмакова та ін.; за ред. В.В. Вокогона. -- К.: Аграрна наука, 2010. -- 464 с.

3. Микробные препараты как факторы регулирования численности агрономически ценных микроорганизмов в почве и ризосфере овощных культур / А.А. Аутко, Л.А. Суховицкая, Г.В. Сафронова [и др.] // Сільськогосподарська мікробіологія. -- 2008. -- Вип. 8. -- С. 7-16.

4. Биорегуляция микробно-растительных систем: Монография / Под ред. Г.А. Иутинской, С.П. Пономаренко. -- К.: НІЧЛАВА, 2010. -- 472 с.

5. Шерстобоєва О.В. Біологічний моніторинг ґрунтів як складова екологічного моніторингу агроекосистем / О.В. Шерстобоєва, Т.З. Шустерук,

О.С. Дем'янюк // Агроекологічний журнал. -- 2007. -- № 3. -- С. 45-49.

6. Біотехнологія ризосфери овочевих рослин: Монографія / За ред. В.П. Патики. -- Вінниця: ПП «ТД Едельвейс і К», 2015. -- 266 с.

7. Жолобова И.С. Влияние биогуматов на почвенную биоту [Електронний ресурс] / И.С. Жолобова // Научный журнал КубГАУ. -- 2015. -- № 114 (10). -- Режим доступу до журн.: http://ej.kubagro. ru/2015/10/pdf/74.pdf

8. Коломієць Ю.В. Передпосівна обробка насіння біодобривами як засіб стимуляції росту та фізіолого-біохімічних процесів у рослинах сортів помідора [Електронний ресурс] / Ю.В. Коломієць,

І.П. Григорюк, Л.М. Буценко // Наукові доповіді НУБіП України. -- 2016. -- № 5 (26). -- Режим доступу до журн.: http://journals.nubip. edu.ua/ index.php/Dopovidi/article/view/7245/7024

9. Методика дослідної справи в овочівництві і баштанництві / За ред. Г.Л. Бондаренка, К.І. Яковенка. -- Х.: Основа, 2001. -- 369 с.

10. Методы почвенной микробиологии и биохимии / Под ред. Д.Г. Звягинцева. -- М.: Изд-во Моск. ун-та, 1991. -- 303 с.

11. Perez-Garcia A. Plant protection and growth stimulation by microorganisms: biotechnological applications of Bacilli in agriculture / A. Perez-Garcia, D. Romero, A. de Vicente // Current Opinion in Biotechnology. -- 2011. -- Vol. 22. -- P 187-193.

REFERENCES

1. Autko A.A., Sukhovitskaya L.A., Safronova G.V., Autko An.A., Poznyak O.V. & Korolenok N.V. (2008). Mikrobnye preparaty kak faktory regulirovaniya chislennosti agronomicheski tsennykh mikroorganizmov v pochve i rizosfere ovoshchnykh kul'tur [Microbial preparations as the regulation factors of agronomically valuable microoganisms number in soil and rhizospere of vegetable cultures]. Sil's'kogospodars'ka mikrobiologiya [Agricultural microbiology], No. 8, pp. 7-16 (in Russian).

2. Iutinskaya G.A., Ponomarenko S.P., Andreyuk E.I., Antipchuk A.F., Babayants O.V., Belyavskaya L.A., Yamborko N.A. (2010). Bioregulyatsiya mikrobnorastitel'nykh sistem [Bioregulation of MicrobialPlant Systems]. Kiev: Nichlava Publ., 472 p. (in Russian).

3. Sherstoboieva O.V., Shusteruk T.Z. & Demianiuk O.S. (2007). Biolohichnyi monitorynh gruntiv yak skladova ekolohichnoho monitorynhu ahroekosystem [Biological monitoring of soil as a component of environmental monitoring of agroecosystems]. Ahroekolohichnyi zhurnal [Agroecological journal]. No. 3, pp. 45-49 (in Ukrainian).

4. Patyka V.P. (Ed.) (2015). Biotekhnolohiia ryzosfery ovochevykh roslyn [Biotechnology of vegetable plants rhizosphere]. Vinnytsia: PP «TD Edelveis i K» Pabl., 266 p. (in Ukrainian).

5. Zholobova I.S. (2015). Vliyanie biogumatov napochvennuyu biotu [Biohumate effects on soil biota]. Nauchnyy zhurnal KubGAU [Scientific journal of KubSAU], No. 114 (10). Avaiable at: http:// ej.kubagro.ru/2015/10/pdf/74.pdf (in Russian).

6. Kolomiiets Yu.V., Hryhoriuk I.P. & Butsenko L.M. (2016). Peredposivna obrobka nasinnia biodobryvamy yak zasib stymuliatsii rostu ta fizioloho-biokhimichnykh protsesiv u roslynakh sortiv pomidora [Pre-sowing seed treatment of biofertilizers as a means of stimulating growth and physiological and biochemical processes in the tomato varieties of plants]. Naukovi dopovidi NUBiP Ukrainy [Scientific reports of NULEiS Ukraine]. No. 5 (26). Avaiable at: http://journals.nubip. edu.ua/ index.php/Dopovidi/article/view/7245/7024 (in Ukrainian).

7. Bondarenko H.L. & Yakovenko K.I. (Eds.) (2001). Metodyka doslidnoi spravy v ovochivnytstvi i bashtannytstvi [The methodology of experimental work in the Vegetables and Melons]. Kharkiv: Osnova Pabl., 369 p. (in Ukrainian).

8. Zvyagintsev D.G. (1991). Metodypochvennoy mikrobiologii i biokhimii [Methods of Soil Microbiology and Biochemistry]. Moskva: Izd-vo Mosk. un-ta Pabl., 303 p. (in Russian).

9. Perez-Garcia A., Romero D. & A. de Vicente (2011). Plant protection and growth stimulation by microorganisms: biotechnological applications of Bacilli in agriculture. Current Opinion in Biotechnology, Vol. 22, pp. 187-193 (in English).

Размещено на Allbest.ru