Russian Federation
Russian Federation
Russian Federation
UDK 632.4 Грибные болезни растений
Harvesting and subsequent disposal of stubble is a serious problem for agricultural producers. The modern requirements of environmental safety and reduction of economic costs during post-harvest tillage are met by the biologization of agriculture using preparations based on cellulose destructor microorganisms. The biological products used should not be toxic to crops and humans, they must have an antagonistic activity to combat plant pathogens, as well as cellulolytic action for the decomposition of plant residues. Based on this, the micromycete Trichoderma longibrachiatum, which was previously used only as a biofungicide, is of the greatest interest. This paper presents the results of a study on the cellulolytic and fungicidal activities of T. longibrachiatum, as well as its effect on the germination of crops. Based on the totality of the results obtained, it was concluded that the use of T. longibrachiatum as a basis for a cellulose biodestructor, a biofungicide and a preparation for pre-sowing seed treatment is promising.
biodestructor of stubble, biological plant protection, biological control, fungal plant diseases, phytotoxicity, fungicides, Alternaria, Aspergillus, Mucor, Rhizopus, Trichoderma, Trichoderma longibrachiatum
Введение
Стерня (жнивьё, пожнивные остатки) – нижняя остаточная часть стеблей растений после уборки сельскохозяйственных культур. Уборка растительных остатков и последующая утилизация представляет для сельхозпроизводителей серьезную проблему, для решения которой требуются дополнительные финансовые, трудовые и временные затраты [2]. Около 50…70 % сухого вещества стерни составляет целлюлоза, которая является главным структурным элементом гумуса [2,3]. Однако вместе со стерней на поле после уборки урожая остаются сорняки, которые способны вегетировать до наступления морозов. Внутри стерни возможно развитие скрытостебельных вредителей. Также известно, что накопление большого количества пожнивных остатков на поверхности почвы существенно увеличивает плотность популяций фитопатогенных микроорганизмов – возбудителей болезней растений [2]. Кроме того, наличие стерни затрудняет последующую обработку почвы и ухудшает качество вспашки.
С целью предотвращения перечисленных эффектов для утилизации стерни используют различные приемы обработки почвы после уборки урожая: выжигание, обработку с использованием сельскохозяйственной техники, химическую обработку гербицидами и «нулевую» технологию. Однако ни одна из перечисленных технологий обработки полей в полной мере не удовлетворяет современным требованиям повышения эффективности производства, экологической безопасности и уменьшения экономических затрат. Поэтому в сельскохозяйственное производство внедряются приемы биологизации земледелия, которые способствуют активизации природных механизмов поддержания плодородия почвы, регулированию ростовых процессов и снижению поражения растений болезнями. Средства биологизации сельского хозяйства включают внесение полезных микроорганизмов в почву и на растения путем обработки микробиологическими препаратами, а также использование регуляторов роста для повышения активности местных (аборигенных) почвенных микроорганизмов [2].
В связи с этим, актуальной задачей является разработка биопрепарата для утилизации стерни на основе микроорганизмов-деструкторов целлюлозы. Особое внимание следует уделить микроорганизмам, которые составляют основу биопрепарата-деструктора стерни. Они должны быть безвредными для сельскохозяйственных культур и человека и обладать двумя типами активности - антагонистической против возбудителей болезней растений и целлюлолитической для разложения растительных остатков. В этом плане представляет большой интерес Trichoderma longibrachiatum. Ранее данный микромицет применялся в качестве основы биофунгицида, однако он способен синтезировать и ферменты для разложения целлюлозы. Кроме того, T. longibrachiatum входит в состав естественной почвенной биоты, что дает ему преимущество в конкуренции с природной микрофлорой.
Цель исследования – изучение влияния биодеструктора стерни на основе Trichoderma longibrachiatum на фитопатогенные грибы родов Alternaria, Aspergillus, Mucor и Rhizopus, определение фитотоксичности биопрепарата по отношению к сельскохозяйственным культурам пшеницы и ячменя.
Материалы и методы исследований. В качестве основного объекта исследования использовали штамм микромицета рода Trichoderma – T. longibrachiatum (F‑367) 7‑26, способный к биодеградации целлюлозы и обладающий антагонистической активностью в отношении многих фитопатогенов. В качестве тест-культур выступали грибы родов Aspergillus, Rhizopus, Alternaria, Mucor. Все штаммы микроорганизмов были получены из Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов (ВКПМ). Микроорганизмы культивировались на среде сусло при температурах, указанных для каждого штамма на сайте коллекции. Перед постановкой экспериментов по совместному культивированию проводилось не более трех пересевов культур.
Наличие целлюлолитической активности T. longibrachiatum определяли визуально, по росту микромицетов на целлюлозе. Производили посев культуры на полоски фильтровальной бумаги, помещенные одним концом в жидкую питательную среду Чапека в пробирках. Посевы инкубировали 10 суток. Рост T. longibrachiatum оценивали в баллах от 0 до 4, где: 0 б. – полное отсутствие роста; 1‑2 б. – слабый рост мицелия гриба, спорообразование отсутствует, отсутствие разрушенных участков целлюлозы; 3‑4 б. – наличие обильного и хорошо развитого мицелия, обволакивающего целлюлозный субстрат, деградация субстрата [1].
Фунгицидную активность микромицета T. longibrachiatum по отношению к грибам родов Aspergillus, Rhizopus, Alternaria, Mucor изучали методом агаровых блоков на твердой картофельно-сахарозной питательной среде. Культуры инкубировались при температуре 27±0,5 ºС, учет проводили на 5-е сутки культивирования. Отмечали рост тест-гриба, степень ингибирования роста мицелия антагониста по диаметру зоны роста исследуемой культуры, характер их взаимодействия.
Фитотоксичность микромицета T. longibrachiatum определяли по прорастанию семян обработанных сельскохозяйственных культур – ярового ячменя и яровой пшеницы. По 100 семян для каждого варианта эксперимента замачивали в культуральной жидкости T. longibrachiatum (разведение 1:10) и дистиллированной воде (контроль) на 24 ч, после чего семена проращивали на влажной фильтровальной бумаге в чашках Петри [4]. Количество проросших семян и длину ростков определяли на 7-е сутки после обработки культуральной жидкостью микромицета.
Все опыты проводились в трех повторностях.
Результаты и их обсуждение. При культивировании микромицета T. longibrachiatum на целлюлозном субстрате наблюдали интенсивный рост гриба по всей поверхности фильтровальной бумаги, а также истончение субстрата (рис. 1). Таким образом, рост исследуемой культуры биодеструктора целлюлозы оценили в 3 балла, что говорит о высокой целлюлолитической активности данного штамма.
Рисунок 1 – Рост культуры T. longibrachiatum на целлюлозном субстрате
Антагонистическая активность Trichoderma longibrachiatum по отношению к грибам родов Alternaria, Aspergillus, Mucor и Rhizopus представлена на рис. 2.
Рисунок 2 – Антагонистическая активность грибов T. longibrachiatum против:
А - Alternaria, Б - Aspergillus, В - Mucor, Г - Rhizopus
При совместном культивировании гриба–антагониста T. longibrachiatum и Alternaria, Aspergillus, Mucor и Rhizopus на пятые сутки наблюдали ограничение роста тест-культуры и развитие микромицета р. Trichoderma. Важно отметить, что использованный штамм T. longibrachiatum проявляет различную антагонистическую активность в зависимости от тест-культуры микромицета, против которого направлено его действие. Это можно наблюдать по отличительным значениям диаметра зоны роста культуры-антагониста (табл. 1).
Таблица 1. Антагонистическая активность T. longibrachiatum по отношению
к тест-культурам фитопатогенных грибов
|
Тест-культура |
Средний диаметр зоны роста T. longibrachiatum, мм |
Диаметр зоны роста T. longibrachiatum, % |
|
Alternaria |
54 |
60,00 |
|
Aspergillus |
15 |
16,67 |
|
Mucor |
25 |
27,78 |
|
Rhizopus |
13 |
14,44 |
Как видно из табл. 1, наиболее сильный антагонизм штамм Trichoderma longibrachiatum проявляет против грибов родов Alternaria (зона роста составила 60,00 % от диаметра чашки Петри) и Mucor (27,78 %). Против микромицетов р. Rhizopus и р. Aspergillus исследуемая культура проявляет более умеренный антагонизм (менее 17 %).
Таким образом, взятый за основу биодеструктора стерни микромицет Trichoderma longibrachiatum проявляет фунгицидную активность по отношению ко всем исследуемым фитопатогенам (Alternaria, Aspergillus, Mucor, Rhizopus) в разной степени. Причем наибольшее ингибирование роста наблюдается в отношении культуры гриба р. Alternaria.
На рис. 3 представлено влияние обработки семян пшеницы культуральной жидкостью Trichoderma longibrachiatum (Б) по сравнению с контрольными семенами, замоченными в дистиллированной воде (А). Семена проросли во всех вариантах эксперимента, однако использование T. longibrachiatum способствовало увеличению доли проросших семян и длины ростков в среднем на 14,4 % и 19,7 % соответственно (табл. 2).
Рисунок 3 – Прорастание семян яровой пшеницы: А – контроль,
Б – обработка культуральной жидкостью T. longibrachiatum
Таблица 2. Влияние T. longibrachiatum на прорастание сельскохозяйственных культур
|
Сельскохозяйственная культура |
Доля проросших семян, % |
Средняя длина ростков, мм |
||
|
Контроль |
Опыт |
Контроль |
Опыт |
|
|
Яровая пшеница |
72 |
81 |
47 |
58 |
|
Яровой ячмень |
68 |
79 |
44 |
51 |
Выводы
1. Микромицет Trichoderma longibrachiatum способен разлагать целлюлозосодержащие субстраты, что делает его подходящим для основы биопрепарата-деструктора стерни.
2. Исследуемая культура Trichoderma longibrachiatum обладает разной степенью фунгицидной активности по отношению к фитопатогенным грибам родов Alternaria, Aspergillus, Mucor и Rhizopus; проявляет умеренный антагонизм против грибов родов Aspergillus, Rhizopus, сильный антагонизм против Alternaria.
3. Штамм T. longibrachiatum не является токсичным по отношению к сельскохозяйственным растениям, способствует прорастанию семян.
4. Биопрепарат, разработанный на основе микромицета Trichoderma longibrachiatum, может быть использован в качестве биодеструктора растительных остатков, биофунгицида в отношении фитопатогенных грибов, а также препарата для предпосевной обработки семян.
1. Vyrastkova, K. A. Issledovanie prirodnyh izolyatov mikromicetov na cellyulozoliticheskuyu aktivnost' / K. A. Vyrastkova, I. G. Shirokih // Advanced Science. – 2017. – № 1(5). – S. 2.
2. Kulikova A.H., Saydyasheva G.V., Laschenkov A.N. Sravnitel'naya effektivnost' intensivnoy i biologizirovannoy tehnologiy vozdelyvaniya v formirovanii zapasov produktivnoy vlagi pod posevami i urozhaynosti goroha // Vestnik Ul'yanovskoy GSHA. – 2022. – №4 (60).
3. Chovrebov V.S., Faizova V.I. Vliyanie szhiganiya rastitel'nyh ostatkov ozimoy pshenicy na chislennost' mikroorganizmov i agrohimicheskie pokazateli chernozema obyknovennogo // Agrohimicheskiy vestnik. – 2020. – №6.
4. T. V. Sklyar, O. A. Drehval, N. V. Cherevach, V. L. Matyukha, V. V. Sudak, S. S. Yaroshenko, N. V. Kuragina, Y. V. Lykholat, N. O. Khromykh, O. O. Didur, K. V. Lavrentieva, O. A. Lykholat Antagonistic activity of microorganisms isolated from chernozem against plant pathogens // Ukrainian Journal of Ecology. – 2020. – №1.
