Способ выращивания растений на обедненных азотом и микроэлементами почвах

Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано при выращивании зерновых, бобовых и овощных культур. Способ включает обработку семян и/или вегетирующих растений биопрепаратом, содержащим смесь суспензий штаммов бактерий Pseudomonas species 7Г, 7Г2К, и 17-2, взятых в соотношении 1:2:1 с концентрацией 2,5-5,0×10¹⁰ кл/мл, при этом обработку семян производят из расчета 30-50 мл суспензии на 1 т семян, а обработку вегетирующих растений - из расчета 30-75 мл/га. Изобретение позволяет улучшить минеральное питание растений и обеспечить сбалансированный состав микроэлементов в конечной продукции. 5 табл.

 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при выращивании растений на обедненных азотом и микроэлементами почвах.

Несмотря на существенное преобладание химических средств защиты растений, в сельском хозяйстве во всех странах мира нарастает поражение посевов и хранящегося урожая токсикогенными грибами (ТГ) - продуцентами микотоксинов, представляющих серьезную угрозу здоровью человека и животных.

Для борьбы с болезнями растений все активнее используют биопрепараты, изготовленные на основе различных микроорганизмов, так как последние не оказывают токсического действия на окружающую среду, а главное - решают проблему качества питания населения как важного элемента национальной безопасности. С другой стороны, для повышения урожайности и качества выращиваемых зерновых, бобовых и овощных культур приходится использовать большие дозы азотных и минеральных удобрений, поскольку агрохимические свойства используемых земель отличаются несбалансированным составом макро- и микроэлементов и низким содержанием азота. Известно, что дефицит микроэлементов (цинк, медь, кобальт, селен и др.) часто являются причиной заболеваний иммунной, нервной, костной систем и других заболеваний человека.

Таким образом, разработка экологически безопасных биологических способов защиты растений от фитопатогенов вкупе с улучшением их минерального питания на обедненных почвах является актуальной задачей.

В настоящее время известно достаточно большое количество биопрепаратов для защиты растений и стимуляции их роста на основе микроорганизмов (патенты РФ №2019966, 2069953, 2084152, 2086128, 2104645, 2120775, 1792614). Предлагаются также комплексные биопрепараты на основе ассоциации микроорганизмов разного систематического положения (патенты РФ №2170510, 2149552). В основе действия всех известных биопрепаратов для защиты растений от фитопатогенов лежат существующие в природе естественные явления паразитизма или антагонизма между микроорганизмами, обитающими на растениях и в почве.

Среди известных биопрепаратов особо выделяются препараты, полученные на основе бактерий Pseudomonas, которые являются постоянными обитателями ризосферы разнообразных растений. Для них давно известна способность к денитрификации, а недавно признана их способность проводить азотфиксацию. Псевдомонады относятся к наиболее активным видам миколитических бактерий, т.е. видам, оказывающим литическое действие на многие почвенные грибы, в т.ч. фитопатогенные. Антагонистические свойства данных бактерий обусловлены не только синтезом антибиотиков, они образуют сложный комплекс веществ, включающий антибиотические вещества, белковые соединения и пептиды группы бактериоцинов и микроцинов, литические ферменты, сидерофоры и другие биологически активные соединения. Установлено, что важную роль в защите растений от инфекции играют такие свойства псевдомонад, как способность к активной колонизации корневой системы и вытеснение тем самым из ризосферной зоны фитопатогенных микроорганизмов.

Известны биопрепараты на основе бактерий Pseudomonas для защиты растений от грибных фитопатогенов. Например, в патентах РФ №2154943, 2104645 описаны препараты на основе бактерий Ps.fluorescens, а в патенте РФ №2121271 описан препарат на основе бактерий Ps.lemoignei. Все вышеперечисленные биопрепараты активны против широкого спектра заболеваний растений (пероноспороз, антрокноз, черная ножка, серая и белая гниль, фузариоз), вызываемых фитопатогенными грибами Pythium, Rhizoctonia, Fusarium, Alternaria, Phytophtora и др. Помимо веществ антибиотической природы флюоресцирующие виды псевдомонад синтезируют вещества, стимулирующие прорастание семян и рост растений (патент РФ №2130261).

Известен способ стимуляции роста растений с использованием препарата на основе штамма бактерий Pseudomonas putida ВКПМ-4308 (патент РФ №2051586, кл. А01N 63/00, оп. 12.07.91). Стимулирующий эффект достигается путем замачивания семян растений в суспензии штамма в концентрации 1,5·10⁶-1,5·10⁷ клеток на 1 грамм семян. Штамм не снижает всхожести семян, хорошо сохраняется в почве и ризосфере растений, может размножаться в этих условиях. Стимулирующее действие штамма зарегистрировано в отношении 9-ти технических культур (люпина, сои, фасоли, вики, чумизы, тыквы, клевера и рапса), 7-ми зерновых (кукурузы, овса, пшеницы, ячменя, проса, ржи и гречихи), а также в отношении ряда овощных культур (томата, редиса, огурцов, салата, свеклы и картофеля). Штамм оказывает стимулирующее действие как на рост корневой системы, так и на рост надземной части растений, однако не выявлено его влияние на улучшение минерального питания растений.

Наиболее ближайшим к заявляемому способу-прототипу, является способ выращивания растений, включающий предпосевную обработку семян и вегетирующих растений биопрепаратом Агат 25 К, содержащим бактерии штамма Pseudomonas aureofaciens BKM В-1973 Д в количестве 3-6×10¹⁰ клеток в 1 мл, сбалансированный раствор макро и микроэлементов 38-40 частей, автолизат материала проростков сои 50-52 части, хвойный экстракт 9,2-9,5 частей и хлорофилло-каротиновую пасту 0,2-0,8 частей (патент РФ №2111196, кл. А01N 63/00, оп.20.05.98).

Известный способ обеспечивает повышение урожая зерновых, зернобобовых и овощных культур, однако не выявлено его влияние на улучшение минерального питания растений.

Технической задачей изобретения является улучшение минерального питания растений на обедненных почвах и повышение качества товарной сельхозпродукции.

Поставленная техническая задача достигается предлагаемым способом, заключающимся в следующем.

Перед посевом семена растений обрабатывают биопрепаратом Бинорам в виде бактериальной суспензии, содержащей смесь штаммов Pseudomonas specias 7Г, 7Г2К и 17-2, взятых в соотношении 1:2:1 с концентрацией (2,5-5,0)×10¹⁰ кл/мл, при этом обработку семян перед посадкой проводят из расчета 30-50 мл суспензии на тонну семян, при норме расхода рабочей жидкости 10 л/т. Далее вегетирующие растения в фазе активного роста обрабатывают бактериальной суспензией с той же концентрацией из расчета 30-75 мл суспензии на 1 га, при норме расхода рабочей жидкости 400 л/га.

Используемые в биопрепарате штаммы Pseudomonas specias 7Г, 7Г2К и 17-2 задепонированы в НИИ «Коллекция культур микроорганизмов» ГНЦ ВБ «Вектор» под регистрационными номерами В-694 (7Г), В-695 (7Г2К), В-696 (17-2).

Штаммы выделены из природной популяции ризосферных микроорганизмов диких злаков черноземных почв лесостепи Ордынского района Новосибирской области и отселектированы на устойчивость к микотоксинам и способность к интенсивному росту в условиях разработанной оптимальной технологии наращивания биомассы.

Определяющим отличием заявляемого способа от прототипа является использование биопрепарата Бинорам, представляющего собой суспензию комплекса штаммов Pseudomonas sp.7Г, 7Г2К, 17-2, взятых в соотношении 1:2:1 с концентрацией (2,5-5,0)×10¹⁰ кл/мл, при этом обработку семян проводят из расчета 30-50 мл суспензии на тонну семян, а вегетирующих растений из расчета 30-75 мл суспензии на 1 га, что позволяет повысить качество товарной продукции за счет специфического повышения содержания в ней микроэлементов.

Предпосевная обработка семян различных культур препаратом Бинорам позволяет эффективно обеззараживать последние и снижать активность и проявление фитопатогенов на вегетирующих растениях. Биопрепарат Бинорам, являясь частью естественной экосистемы, позволяет эффективно бороться с болезнями растений и в то же время избежать нарушения биологического равновесия и загрязнения окружающей среды.

С другой стороны, взаимодействие с ризосферными псевдомонадами подтягивает содержание основных микроэлементов в растениях к оптимальному уровню, обеспечивающему эффективность общего минерального питания и активность соответствующих метаболических процессов. Очевидно, что такое взаимодействие с ризосферными псевдомонадами корректируется видовыми особенностями растений (спецификой метаболизма разных генотипов).

Использование биопрепарата на основе ризосферных псевдомонад позволяет не только повысить урожайность и защитить растения от фитопатогенов, но и повысить содержание микроэлементов в конечной продукции, что является важным, учитывая, что для большинства регионов Сибири и всей средней полосы России характерны бедные по азоту и микроэлементам почвы.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами конкретного выполнения.

Пример 1. Получение биопрепарата.

Для приготовления суспензии бактериальных клеток музейными штаммами Pseudomonas sp.7Г, 7Г2К, 17-2 засевают жидкую питательную среду (LB бульон), наращивают культуру 12 ч при 30°С и сразу же используют полученную биомассу в качестве инокулята для ферментера (объемы от 1 л до 20 л). Ферментацию проводят при 30°С при аэрации под давлением 0,04 кг/см², при постоянном подтитровывании среды до рН 7.0-7.2; через 12-16 ч титр клеточной суспензии достигает (2,5-5,0)×10¹⁰ кл/мл. Каждый штамм наращивают отдельно, а затем полученные биомассы смешивают в соотношении 1:2:1.

Пример 2.

На опытном поле Кемеровского Государственного сельхозинститута (делянки площадью 25 м², повторность опыта 3-х кратная) изучили влияние предпосевной обработки семян пшеницы сорта Тулунская 12 на урожайность и на содержание основных микроэлементов. Испытания проводили на почве с низким содержанием подвижных форм цинка и средним - марганца. Содержание в почве подвижных микроэлементов, мг/кг сухой почвы представлено в таблице 1.

Предпосевную обработку семян пшеницы проводили суспензией препарата Бинорам, а также суспензией штаммов, входящих в Бинорам, взятых по отдельности, из расчета 50 мл суспензии с концентрацией 2,5×10¹⁰ кл/мл на тонну семян. Учитывая, что норма расхода рабочего раствора препарата составляет 10 л/тонну семян, препарат перед использованием разводили водой 1:200 до концентрации рабочего раствора 1,25×10⁸ кл/мл и наносили на семена методом полусухого протравливания. Обработанные семена высевали в течение 3-24 часов, оберегая от высушивания на солнце. Контрольные семена обрабатывали водой. В таблице 2 представлены результаты по влиянию препарата Бинорам на содержание микроэлементов в пшенице Тулунская 12, где 7Г, 7Г2К, 17-2-различные штаммы Pseudomonas sp.в составе Бинорама. Как следует из результатов, представленных в таблице 2, в пшенице под влиянием ризосферных псевдомонад достоверно увеличивается содержание цинка и кобальта. Инокуляция бактериями улучшает минеральное питание растений и увеличивает вынос основных микроэлементов зерном (семенами) из почвы при всех уровнях азотного питания без токсичного повышения в них концентраций микроэлементов

Пример 3.

На опытном поле Кемеровского Государственного сельхозинститута (делянки площадью 25 м², повторность опыта 3-х кратная) изучили влияние предпосевной обработки семян и вегетирующих растений люпина сорта «Кристалл» на урожайность и на содержание основных микроэлементов. Испытания проводили на бедной по азоту и микроэлементам почве.

Люпин представляет существенный резерв для устранения дефицита белка в кормопроизводстве. Современные сорта люпина практически не уступают сое по качеству белка и соотношению аминокислот. Зеленая масса люпина как в свежем виде, так и в форме силоса, также может служить качественным кормом.

Предпосевную обработку семян люпина проводили суспензией препарата Бинорамм, из расчета 30 мл суспензии с концентрацией 5,0×10¹⁰ кл/мл на тонну семян. Учитывая, что норма расхода рабочего раствора препарата составляет 10 л/тонну семян, препарат перед использованием разводили водой 1:200 до концентрации рабочего раствора 1,5×10⁸ кл/мл и наносили на семена методом полусухого протравливания. Обработанные семена высевали в течение 3-24 часов, оберегая от высушивания на солнце.

Вегетирующие растения обрабатывали препаратом Бинорам в стадии их активного роста из расчета 75 мл суспензии с концентрацией 5,0×10¹⁰ кл/мл на 1 га при норме расхода 400 л/га рабочего раствора.

В качестве препарата сравнения использовали стимулятор роста гетероауксин в концентрации 1 мг/мл. Контрольные семена обрабатывали водой. В таблице 3 представлены данные по влиянию препарата Бинорам на содержание микроэлементов в люпине сорта «Кристалл». Как видно из таблицы 3, в зерне люпина существенно увеличивается (в 4 раза) содержание марганца по сравнению с контролем, а в зеленой массе существенно увеличивается содержание марганца (в 5 раз) и кобальта (в 3 раза), изменения в содержании других микроэлементов выражены в меньшей степени.

На основании данных, полученных при действии стимулятора (гетероауксина) на люпин, можно предполагать, что фитогормоны, продуцентами которых являются штаммы ризосферных псевдомонад, также участвуют в контроле минерального питания растений.

Анализ состава микроэлементов методом сухого озоления на атомном спектрофотометре показал, что применение препарата Бинорам приводит к увеличению содержания микроэлементов в зерне и зеленой массе люпина даже при дефиците этих микроэлементов в почве. В таблице 4 представлены данные по влиянию Бинорама на полевую всхожесть и урожайность зерна и зеленой массы люпина сорта «Кристалл».

Из таблицы 4 видно, что под влиянием ризосферных псевдомонад Бинорама достоверно увеличивается урожайность люпина по зерну и зеленой массе.

Таким образом, ризосферные псевдомонады Бинорама увеличивают эффективность поглощения растениями питательных элементов из почвы и в отличие от минеральных удобрений не приводят к существенным изменениям элементного химического состава растений, в том числе к токсичному повышению в них концентраций микроэлементов.

Пример 4

На опытном поле Кемеровского Государственного сельхозинститута (делянки площадью 25 м², повторность опыта 3-х кратная) изучили влияние предпосевной обработки семян огурцов сорта Эффект F₁ на содержание основных микроэлементов (на сырой вес). Испытания проводили на почве с низким содержанием подвижных форм цинка и средним - марганца. Обработку семян проводили аналогично примеру 2. В качестве эталона использовали известный препарат триходермин в концентрации 1×10⁷ кл/мл.

В таблице 5 представлены данные по влиянию препарата Бинорам на содержание микроэлементов в огурцах сорта Эффект F₁. Из таблицы 5 видно, что обработка огурцов Бинорамом увеличивает в них содержание селена.

Таким образом, ризосферные бактерии, контролируя минеральное питание растений, обеспечивают видоспецифичный, сбалансированный состав микроэлементов в продуктах урожая, чего нельзя сказать о химических препаратах или регуляторах роста, таких как Силк и его производные.

Использование предлагаемого способа позволит улучшить минеральное питание растений даже на истощенных почвах и обеспечить сбалансированный состав микроэлементов в конечной продукции при сохранении высокой урожайности последней.

Способ выращивания растений на обедненных азотом и микроэлементами почвах.

Таблица 1
Микроэлементы	Cu	Zn	Mn	Со	В
Содержание	0,73	0,26	29,36	0,44	4,06
Степень обеспеченности	бедная	бедная	средняя	бедная	очень богатая

Таблица 2
Варианты	Микроэлементы мг/кг сухой массы	Содержание клейковины (%)
Cu	Zn	Mn	Co	Fe
Контроль	2,64	24,3	21,6	0,08	50,5	26
7Г	2,42	36,4	18,1	0,13	52,3	38,2
7Г2К	2,45	39,0	20,8	0,16	52,5	36,0
17-2	2,47	39,2	20,6	0,15	49,6	38,0
Бинорам	2,46	44,2	20,8	0,19	49,8	38,4

Таблица 3

Вариант	Cu	Zn	Mn	Со	В
Зерно
Контроль	2,37	28,3	7,08	0,78	19,6
Гетероауксин	3,12	32,1	25,7	1,09	30,4
Бинорам	3,56	36,4	28,1	0,97	26,3
Зеленая масса
Контроль	1,23	24,2	5,57	0,34	19,4
Гетероауксин	2,56	39,6	30,7	0,98	25,1
Бинорам	2,79	38,4	27,9	1,04	27,1

Способ выращивания растений на обедненных азотом и микроэлементами почвах.

Таблица 4
Вариант	Урожайность зерна, г/м2	Высота растений, см	Урожайность зеленой массы, г/м2
Контроль	126,3	45,3	1122,4
Бинорам	346,5	69,9	2123,4
Таблица 5
Вариант	Cu	Zn	Mn	Se	Fe
Контроль	0,039	0,65	0,46	0,015	0,22
Бинорам	0,045	0,69	0,49	0,057	0,13
Триходермин	0,140	0,66	0,44	0,021	1,10

Способ выращивания растений на обедненных азотом и микроэлементами почвах, включающий обработку семян и/или вегетирующих растений биопрепаратом, содержащим суспензию бактерий штамма Pseudomonas, отличающийся тем, что в качестве биопрепарата используют смесь суспензий штаммов Pseudomonas species 7Г, 7Г2К, и 17-2, взятых в соотношении 1:2:1 с концентрацией 2,5-5,0×10¹⁰ кл/мл, при этом обработку семян производят из расчета 30-50 мл суспензии на 1 т семян, а обработку растений в фазу активного роста - из расчета 30-75 мл/га.