Введение

Признаки положительного влияния микроорганизмов на жизнедеятельность растений различны [5,17,15]. О применении этих бактерий для обработки сельскохозяйственных растений накоплен большой материал, убедительно подтверждающий эффективность такого приема получения высокого и качественного урожая [2,4,5,7,12]. Микроорганизмы продуцируют метаболиты – ферменты, витамины, аминокислоты, стимуляторы роста растений [9]. Биологически активные вещества, выделяемые микроорганизмами, не только влияют на рост растений и повышают урожайность, но и улучшают качество продукции, увеличивая содержание белков, незаменимых аминокислот и витаминов [9,11].

Для стимуляции роста растений наиболее часто используют представителей ризосферных микроорганизмов: азотфиксирующих бактерий [13,14], фосфатмобилизующие [1], значительно меньше изучены в этом направлении молочнокислые бактерии [3,8,16]. Поэтому целью наших исследований является изучения влияние молочнокислых бактерий на всхожесть, энергию прорастания и морфометрические показатели растений на ранних этапах развития в водной культуре.

 

Материалы и методы

Материалом исследования были штаммы молочнокислых бактерий Lactobacillus casei 6, Lactobacillus plantarum 20, Lactococcus lactis 4/6 и микробиологический консорциум «Эмбико», составленный из этих микроорганизмов. Штаммы молочнокислых стрептобактерий L. casei 6, L. plantarum 20 выращивали на среде MRS, штамм L. lactis 4/6 культивировали на среде S [3].

Опыт проводили в водной культуре. Чистые культуры микроорганизмов и микробиологический консорциум имели титр 1х107 КОЕ. Из них готовили три разведения — 1:1000, 1:200, 1:100, на которые помещали семена растений сорта «Конкурент» и «Феникс». Контролем служила отстоянная водопроводная вода. Опыт проводили в трех повторностях.

В качестве тест – объектов служилисемена растений огурца (Cucumis sativus L.) сортов «Конкурент» и «Феникс».Корневая система огурца состоит из главного корня, идущего на глубину до 60-70 см на песчаной почве, и многочисленных боковых корней, располагающихся в верхнем пахотном слое на глубине до 25 см. Поверхностное расположение корневой системы и быстрое нарастание листового аппарата определяют повышенные требования огурца к влажности почвы и воздуха. Для того чтоб растение огурца получало достаточное количество питательных веществ, которые находятся в почве, у него должна быть хорошо развитая корневая система – главный и боковые корни, которые отвечают за прикрепление растения к почве, а также обладают высокой поглотительной способностью. В таком случае, корневая система должна состоять из длинных, среднедлинных и коротких боковых корней разветвленных в разные стороны, что способствует получению элементов питания и воды со всей используемой площади питания, а не отдельные ее участков.

Конкурент - раннеспелый, высоукоурожайный, пчелоопыляемый сорт. Растение длинноплетистое, не любит затенённости. Сорт среднеустоичив к пероноспорозу и оливковой пятнистости, устойчив к мучнистой росе, ложной мучнистой росе и бактериальной пятнистости. Культура требовательна к теплу, влаге и плодородной почте, хорошо реагирует на органические и минеральные удобрения. Плоды овально-цилиндрической формы, крупнобугорчатые, черношипые, длиной 10-14 см, плодоножка 5-7 см, масса плодов до 130 г. Благодаря длинной плодоножке зеленцы удобно собирать.

Феникс – гибрид, отличается высокой и длительной урожайностью.Сорт позднеспелый, пчелоопыляемый, преимущественно женского типа цветения.Растение длинноплетистое, сильноветвистое, средней высоты. Растение формирует мощную корневую систему, плоды удлинённые, тёмно-зелные, с короткими полосками и слабовыраженной пятнистостью, крупнобугорчатые, длиной 12-16 см, массой 50-70 г. Плоды долго не желтеют. Хорошая транспортабельность. Сорт обладает комплексной устойчивостью к заболеваниям - один из самых устойчивых к ложной мучнистой росе. Сорт Феникс предназначен для выращивания во всех зонах Украиныособенно подходит для возделывания в районах с сухим жарким летом и нехваткой влаги.

Статистическую обработку полученных результатов проводили по Г.Ф. Лакину [6]. Энергию прорастания выражали процентом семян, которые взошли на 3 сутки, всхожесть – на 7 сутки [10]. При исследовании морфометрических показателей длину корня и пробега в контрольном варианте принимали за 100 % и по пропорции вычисляли процентные соотношение в опытных вариантах.

Результаты и обсуждение

Одним из методов оценки влияния микроорганизмов на растения, является определение числа проросших семян в определенный период времени. Важность этого критерия при выборе микроорганизмов обусловлена тем, что фитостимулирующие микроорганизмы обеспечивают более высокий процент и более высокой скоростью прорастания семян растений [13, 19].

В экспериментах по определению влияния микроорганизмов на всхожесть и энергию прорастания семян мы использовали разные разведения каждого исследуемого штамма, т. к. предположительно, метаболиты микроорганизмов, в зависимости от концентрации могут, как ингибировать, так и стимулировать всхожесть и энергию прорастания семян. В этих опытах проращивали семена огурцов на растворах микроорганизмов в трех разведениях — 1:1000, 1:200 и 1:100.

Результаты наших исследований показывают, что исследованные штаммы микроорганизмов не оказывают существенного влияния на энергию прорастания и всхожесть семян огурцов сорта «Конкурент» (табл.1, рис. 1). У сорта «Конкурент» в контрольном варианте процент энергии прорастания семян (рис. 1 а) почти полностью совпал с процентом всхожести (рис. 1 б), что говорит о высоком ростовом потенциале семян данного сорта. Всхожесть семян сорта «Конкурент» в контроле составила 96 - 100 %, поэтому молочнокислые бактерии не оказали влияния на всхожесть и энергию прорастания. Микробиологический консорциум «Эмбико» оказал незначительное увеличение энергии прорастания и всхожесть по сравнению с контролем.

Таблица 1 Влияние штаммов молочнокислых бактерий на энергию прорастания и всхожесть семян растений огурца сорта «Конкурент»

Штаммы молочнокислых бактерий	Ростовой потенциал	Разведения культур микроорганизмов
		контроль	1:1000	1:200	1:100
L. casei 6	энергия прорастания, %	100	100	97	100
	всхожесть, %	100	100	96	94
L. plantarum 20	энергия прорастания, %	100	94	98	100
	всхожесть, %	96	94	98	100
L. lactis 4/6	энергия прорастания, %	100	100	98	100
	всхожесть, %	100	100	98	100
Эмбико	энергия прорастания, %	100	100	99	100
	всхожесть, %	98	100	97	98

                                 а                                                                                                         б

 Рис. 1. Влияние штаммов молочнокислых бактерий на энергию прорастания (а) и всхожесть (б) семян огурцов сорта «Конкурент». 

У сорта «Феникс» в контрольном варианте процент энергии прорастания составил 36-56 %, всхожести – 28-42 % (табл. 2, рис. 2). Низкий ростовой потенциал семян данного сорта позволил изучить влияние выделенных штаммов молочнокислых бактерий на прорастание семян огурцов сорта «Феникс» на ранних этапах развития. Штамм L. casei 6 не оказал существенного влияния на энергию прорастания и всхожесть семян сорта «Феникс». В опыте по изучению влиянию штамма L. plantarum 20 на всхожесть и энергию прорастания в контрольном варианте всхожесть семян сорта «Феникс» составила 28 %, при воздействии различных разведений микроорганизма – 34 – 40 %. Таким образом, штамм L. plantarum 20 в зависимости от разведения, увеличил всхожесть семян сорта «Феникс» на 6-12 % по сравнению с контролем, но не оказал существенного влияния на энергию прорастания. В опыте по проращиванию семян сорта «Феникс» в различных разведениях штамма L. lactis 4/6 в контрольном варианте энергия прорастания составила 56 %, всхожесть – 34 %, в разведении 1:1000 – 72 % и 56 % соответственно. Таким образом, штамм L. lactis 4/6 увеличил энергию прорастания семян сорта «Феникс» на 16 %, всхожесть – на 22 % по сравнению с контролем.

Таблица 2 Влияние штаммов молочнокислых бактерий на энергию прорастания и всхожесть семян растений огурца сорта «Феникс»

Штаммы молочнокислых бактерий	Параметры	Разведения культур микроорганизмов
		контроль	1:1000	1:200	1:100
L. casei 6	энергия прорастания, %	36	29	36	28
	всхожесть, %	36	30	37	26
L. plantarum 20	энергия прорастания, %	50	50	42	48
	всхожесть, %	28	40	34	34
L. lactis 4/6	энергия прорастания, %	56	72	60	52
	всхожесть, %	34	56	42	34
Эмбико	энергия прорастания, %	54	65	72	74
	всхожесть, %	42	48	54	69

                                 в                                                                                                         г 

Рис. 2. Влияние штаммов молочнокислых бактерий на энергию прорастания (а) и всхожесть (б) семян огурцов сорта «Феникс».

Микробиологический консорциум «Эмбико», оказал более значительное действие на энергию прорастания и всхожесть, нежели каждый штамм по отдельности. В опыте по изучению действия микробиологического консорциума«Эмбико» энергия прорастания по сравнению с контролем составила 54 %, всхожесть – 42 %. При разведении консорциума 1:1000 энергия прорастания и всхожесть увеличились до 65 % и 48 % соответственно. При уменьшении разведений до 1:200 и 1:100 энергия прорастания увеличилась до 72% и 74 % соответственно, всхожесть – до 54 % и 69 %. Таким образом, микробиологический консорциум «Эмбико» увеличил энергию прорастания на 20 %, всхожесть на 27 % по сравнению с контролем.

В результате изучения влияния штаммов молочнокислых бактерий на энергию прорастания и всхожесть семян огурцов установлено, что исследованные микроорганизмы оказывают положительное действие в большей степени на всхожесть (рис. 2 б), чем на энергию прорастания (рис. 2 а). При сравнении штаммов молочнокислых бактерий между собой, наибольший эффект на увеличение энергии прорастания и всхожести оказал штамм L. lactis 4/6 как на сорте «Феникс», так и на сорте «Конкурент». Штамм L. plantarum 20 увеличил всхожесть семян сорта «Феникс» на 6-12 % по сравнению с контролем, но не оказал существенного влияния на энергию прорастания. Штамм L. casei 6 не оказал существенного влияния ни на энергию прорастания, ни на всхожесть семян сортов «Конкурент» и «Феникс». Влияние микробиологического консорциума «Эмбико» на энергию прорастания и всхожесть семян сорта «Феникс» оказывает влияние в большей степени, чем монокультуры микроорганизмов и составляет 20 % и 27 % соответственно.

Изучение морфометрических показателей проростков растений на ранних этапах развития при проращивании их с добавлением молочнокислых бактерий и микробиологического консорциума показало, что исследуемые микроорганизмы оказывает положительное влияние не только на энергию прорастания и всхожесть, но и на морфометрические показатели проростков огурцов сортов «Конкурент» (табл. 3, рис. 3) и «Феникс» (табл. 3, рис. 3).

Таблица 3 Влияние молочнокислых бактерий и микробиологического консорциума «Эмбико» на морфометрические показатели растений огурца сорта «Конкурент» в водной культуре (7 день)

Штаммы молочнокислых бактерий	Морфометрические показатели	Разведения культур микроорганизмов
		1:1000	1:200	1:100
L. casei 6	Длина корней, %	108	101,4	100,0
	Длина побега, %	107,2	120,0	119,4
L. plantarum 20	Длина корней, %	102,8	109,7	119,4
	Длина побега, %	137,7	116,3	100,0
L. lactis 4/6	Длина корней, %	100,2	104,8	93,6
	Длина побега, %	109,6	121,0	98,3
Эмбико	Длина корней, %	107,8	102,6	102,2
	Длина побега, %	132,5	143,9	131,3
Контроль (вода отстоянная)	Длина корней, %	100,0
	Длина побега, %	100,0

 

                                   а                                                                                                         б 

Рис. 3. Влияние молочнокислых бактерий на морфометрические показатели 7-дневных проростков растений огурца сорта «Конкурент», выращенных в водной культуре (а – корневая система, б - побег)

Как следует из табл. 3 штамм L. casei 6 в разведениях 1:200 и 1:1000 увеличивал длину корневой системы проростков сорта «Конкурент» до 101,4% и 108%, что на 1,4 % и 8 % больше, чем в контроле. Разведение штамма L. casei 6 1:100 не оказывало никакого действия на длину корневой системы (рис. 3а) и совпадало с контролем. Наибольшее увеличение побега (рис. 3б) отмечено при разведении штамма L. casei 6 1:100 и 1:200 – 119,4 % и 120,0 %, что на 19,4 % и 20 % больше чем в контроле. Разведение 1:1000 штамма L. casei 6 стимулировало рост побега до 107,2 %, что на 7,2 % больше контроля. Таким образом, штамм L. casei 6 в малых разведениях стимулировал рост побега проростков сорта «Конкурент» в большей степени, чем корня, в больших разведениях происходило равномерное увеличение как надземной, так и подземной частей растений.

Штамм L. plantarum 20 стимулировал рост корневой системы проростков сорта «Конкурент» (рис. 3а) в разведении 1:1000, 1:200 и 1:100 до 102,8 %, 109,7 % и 119,4 % соответственно, что на 2,8 %, 9,7% и 19,4 % больше контроля. В стимулировании роста побега штаммом L. plantarum 20 наблюдалась противоположная зависимость: разведение 1:1000 стимулировало рост побега (рис. 3б) до 137,7 %, разведение 1:200 – до 116,3 % по сравнению с контролем, разведение 1:100 не оказало стимулирующего эффекта. Таким образом, штамм L. plantarum 20 в малых разведениях стимулировал рост корневой системы проростков сорта «Конкурент», в больших разведениях - побега.

Разведение штамма L. lactis 4/6 1:1000 не оказало действия на рост корневой системы (рис. 3а) растений огурца сорта «Конкурент», разведение 1:200 стимулировало рост до 104,8 %, что на 4,8 % выше контроля. Разведение 1:1000 и 1:200 стимулировали рост побега (рис. 3б) до 109,6 % и 121 % соответственно, что на 9,6 % и 21 % выше контроля. Разведение 1:100 ингибировало ростовые процессы, как корневой системы, так и побега до 93,6 % и 98,3 % соответственно, что на 6,4 % и 1,7 % ниже контроля. Таким образом, низкие разведения штамма L. lactis 4/6 способны задерживать ростовые процессы проростков растений огурца сорта «Конкурент».

Микробиологический консорциум «Эмбико» в разведениях 1:100 и 1:200 стимулировали рост корневой системы (рис. 3а) до 102,2 % и 102,6 %, что на 2,2 % и 2,6 % выше контроля. Разведение 1:1000 стимулировало рост корневой системы до растений огурца сорта «Конкурент» до 107,8 %, что на 7,8 % выше контроля. Разведения «Эмбико» 1:1000, 1:200 и 1:100 стимулировали рост побега (рис. 3б) до 132,5%, 143,9 % и 131,3 % соответственно, что превышает контроль более чем на 30 %. Таким образом, в водной культуре «Эмбико» стимулирует рост побегов в большей мере, чем корневой системы.

Как следует из табл. 4 штамм L. casei 6 в разведениях 1:1000, 1:200 и 1:100 стимулировали рост корневой системы (рис.4а) растений сорта «Феникс» до 108,4 %, 124 и 113,6 % соответственно, что на 8,4 %, 24,0 % и 13,6 % выше контроля. Рост побега (рис.4б) разведения штамма L. casei 6 1:100 и 1:200 симулировали до 122,2 % и 153,1 % соответственно, что на 22,2 % и 53,1 % выше контроля. Таким образом, штамм L. casei 6 в небольших разведениях стимулировал развитие, как корневой системы, так и побега, большие разведения оказали меньшую стимуляцию роста.

Таблица 4 Влияние молочнокислых бактерий и микробиологического консорциума «Эмбико» на морфометрические показатели растений огурца сорта «Феникс» в водной культуре (7 день)

Штаммы молочнокислых бактерий	Морфометрические показатели	Разведения культур микроорганизмов
		1:1000	1:200	1:100
L. casei 6	Длина корней, %	108,4	124,0	113,6
	Длина побега, %	95,6	153,1	122,2
L. plantarum 20	Длина корней, %	116,7	114,5	101,2
	Длина побега, %	134,7	118,0	134,8
L. lactis 4/6	Длина корней, %	107,1	83,0	84,3
	Длина побега, %	102,2	79,8	96,9
Эмбико	Длина корней, %	126,1	132,6	119,6
	Длина побега, %	104,2	124,3	104,8
Контроль (вода)	Длина корней, %	100,0
	Длина побега, %	100,0

   

       

                                     

 

 

 

 

                                      а                                                                                                      б 

Рис. 4. Влияние молочнокислых бактерий на морфометрические показатели 7-дневных проростков растений огурца сорта «Феникс», выращенных в водной культуре (а – корневая система, б - побег)

Штамм L. plantarum 20 стимулировал увеличение длины корней проростков сорта «Феникс» в разведении 1:100, 1:200 и 1:1000 до 101,2 %, 114,5 % и 116,7 % соответственно, что на 1,2 %, 14,7% и 16,7 % выше, чем в контроле. Стимулирование роста побега штаммом L. plantarum 20 до 134,8%, 118% и 134,7 наблюдалось привоздействии разведений 1:100, 1:200 и 1:1000 соответственно. Таким образом, штамм L. plantarum 20 в больших разведениях стимулировал рост корневой системы проростков сорта «Феникс».

Разведения штамма L. lactis 4/6 1:100 и 1:200 ингибировали рос как побега – до 96,9 % и 79,8 % соответственно, так и корневой системы – до 84,3 % и 83 % по сравнению с контролем. Разведение 1:1000 стимулировало рост побега до 102,2 %, корневой системы до 107,1 % по сравнению с контролем. Таким образом, штамм L. lactis 4/6 вмалых разведениях ингибирует ростовые процессы побега и корневой системы растений огурца сорта «Феникс».

Микробиологический консорциум «Эмбико» в разведениях 1:100, 1:200 и 1:1000 стимулирует ростовые процессы корневой системы до 119,6%, 132,6 % и 126,1 % соответственно. Рост побега в разведении 1:200 отмечен максимальный – 124,3 %, что на 24,3 % больше контроля. Разведения 1:100 и 1:100 стимулировали рост побега в меньшей степени – на 4,8 и 4,2 % выше контроля.

Морфогенетические реакции растений на влияние микроорганизмов не всегда однозначны и в некоторых случаях наблюдается значительная стимуляция или снижение длины побега по сравнению с контролем, что связанно с синтезом эндогенных биологически активных веществ и фитогормонов и нарушением баланса эндо- и экзогенных стимуляторов роста в водной культуре. Стабильным показателем морфогенеза является длина корней

Рост и формообразовательные процессы растений регулируются не только концентрацией фитогормонов, но и их соотношением. Поэтому, влияние консорциума микроорганизмов на морфометрические показатели растений огурца отличается от действия штаммов микроорганизмов по - отдельности. Влияние «Эмбико» на морфометрические показатели было максимальным, по сравнению с действием отдельных штаммов, т.к. некоторые микроорганизмы вызывали значительное увеличение длины побега за счет роста длинных и тонких стеблей.

Экспериментальная работа по изучению влияния штаммов молочнокислых бактерий и микробиологического консорциума «Эмбико» на энергию прорастания, всхожесть и морфометрические параметры проростков огурца сортов «Конкурент» и «Феникс» в водной культуре позволило выявить ряд морфогенетических реакций семян и проростков огурца в водной культуре. Было показано, что в условиях водной культуры наблюдается эффект стимулирования ростовых процессов растений на самых ранних этапах онтогенеза. Использование микробиологического консорциума более перспективно, чем использование монокультур отдельных штаммов.

Список литературы

1. Боронин А.М. Ризосферные бактерии рода Pseudomonas, способствующие росту и развитию растений / А.М. Боронин // Соросовский образовательный журнал. – 1998. - №10. – С.25-31.
2. Завалин А.А. Биопрепараты, удобрения и урожай / А.А. Завалин. – М.: ВНИИА, 2005. – 302 с.
3. Квасников Е.И. Молочнокислые бактерии и пути их использования / Е.И. Квасников, О.А.Нестеренко. – М.: Наука, 1975. – 390 с.
4. Кожемяков А.П. Биопрепараты для земледелия / А.П. Кожемяков, В.К. Чеботарь // В сб.: Биопрепараты в сельском хозяйстве. М., 2005.- С. 18-54.
5. Красильников Н.А. Микроорганизмы почвы и высшие растения / Н.А. Красильников. - М.: Изд-во АН СССР, 1958. - 463 с.
6. Лакин Г. Ф. Биометрия / Лакин Г. Ф. – М.: Высшая школа, 1990. – 352 с.
7. Моргун В.В. Ростостимулирующие ризобактерии и их практическоге применение / В.В. Моргун, С.Я. Коць, Е.В. Кириченко // Физиология и биохимия культурных растений. 2009. Т 41. № 3, - С. 187 – 207.
8. Патент Росийской Федерации на изобретение ММ4А. Консорциум бактерий (Lactobacillus salvariccus thermophilus, Streptococcus bovis) для активации прорастания семян / Е.В. Чекасина, Кандіба Е.В., Литвинова М.Н., Дмитриева Т.В. Заявл. 31.12.1995; Опубл. 10.03.1999, Бюл. № 7-1999. -3 с.
9. Полонская Л.М. Стимуляция роста растений культурами Beijerinckia и Clostridium / Л.М. Полонская, О.Т. Ведина, Л.В. Лысак, Д.Г. Звягинцев // Микробиология, - 2002, том 71, №1, - С. 123-129.
10. Семена селскохозяйственных культур. Методы определения всхожести: ГОСТ 12038 – 84. – [действующий от 01.07.1986]. – М.: Министерство сельского хозяйства СССР, 1984. – 60 с.
11. Чудинова Ю.В. Влияние микроорганизмов на всхожесть семян и рост ростков корней редиса / Ю.В. Чудинова, Н.Н. Наплекова // Вестник Алтайского государственного аграрного университета №7 (57), - 2009, - С. 14-18.
12. Шапошников А.И. Взаимодействие ризосферных бактерий с растениями: механизмы образования и факторы эффективности ассоциативных симбиозов (обзор) / А.И. Шапошников, А.А. Белимов, Л.В. Кравченко, Д.М. Виванко // Сельскохозяйственная биология, -2011, № 3, - С. 16 – 22
13. Умаров М.М. Ассоциативная азотфиксация / М.М. Умаров. – М.: МГУ. – 1986. - 136 с.
14. Bashan Y. Azospirillum-plant relationships: physiological, molecular, agricultural, and environmental advances (1997-2003) / Y.Bashan, G. Holguin, L.E. De Bashan // Can. J. Microbiol. - 2004, 50, - Р. 521-577.
15. Kloepper J.W. Free-living bacteria inocula for enhancing crop productivity / J.W. Kloepper, R. Lifshitz, R.M. Zablotowicz // Trends Biotechnol. - 1989. - V. 7. - P. 39 – 43.
16. Limanska N. Effect of Lactobacillus plantarum ONU 12 on initial stages of growth of tomatoes / N. Limanska // Microbial biotechnology: activities and future – Radostim-2012, 19th – 22nd November 2012, - Kyiv, Ukrain, 2012. - Р. 176-177.
17. Rovira A.D. Manipulation of the rhizosphere microphlora to increase plant production / A.D. Rovira // Reviews of rural science 6: Biotechnology and recombinant DNA technology in the animal production industries. Ens. Leng R.A. et al. University New England Press. - 1985. - P. 185 – 197.

Отзывы: