Оценка эффективности психрофильных пещерных микроорганизмов в биологической борьбе с обыкновенной корневой гнилью зерновых

УДК 632.9 С.В. Хижняк, Е.П. Ланкина, И.Р. Илиенц

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПСИХРОФИЛЬНЫХ ПЕЩЕРНЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ В БИОЛОГИЧЕСКОЙ БОРЬБЕ С ОБЫКНОВЕННОЙ КОРНЕВОЙ ГНИЛЬЮ ЗЕРНОВЫХ

Три штамма психрофильных бактерий и три штамма психрофильных грибов, изолированные из сибирских пещер и продемонстрировавшие антибиотическую активность в отношении Bipolaris sorokiniana Shoem. in vitro, статистически значимо подавляли интенсивность развития обыкновенной корневой гнили при искусственном заражении проростков пшеницы в лабораторных условиях. Результаты экспериментов подтверждают, что психрофильные микроорганизмы могут быть использованы для биологической борьбы с обыкновенной корневой гнилью зерновых в качестве альтернативы мезофильным штаммам.

Ключевые слова: обыкновенная корневая гниль зерновых, биологический метод борьбы, психро-фильные микроорганизмы, пещеры.

S.V. Hizhnyak,Ye.P. Lankina, I.R. Iliyents

ESTIMATION OF PSYCHROPHILIC CAVE MICROORGANISMS EFFICIENCY IN BIOLOGICAL CONTROL OF ORDINARY ROOT DECAY OF THE GRAIN-CROPS

Three strains of psychrophilic bacteria and three strains of psychrophilic fungi isolated from Siberian caves and demonstrated antibiotic activity against Bipolaris sorokiniana Shoem. in vitro statistically significantly suppressed the common root decay development in laboratory tests with artificially infected wheat seedlings. The test results confirm that psychrophilic microorganisms can be used for biological control of common root decay of grain-crops as an alternative to the mesophilic strains.

Key words: common root decay of grain-crops, biological control, psychrophilic microorganisms, caves.

Обыкновенная корневая гниль зерновых, вызываемая фитопатогенным грибом Bipolaris sorokiniana Э^юет., остаётся одним из наиболее распространённых и вредоносных заболеваний ячменя и пшеницы. Ежегодные потери урожая от корневой гнили в основных зернопроизводящих регионах мира составляют от 5-10 до 25%, достигая в отдельные годы 50-100% [7-8]. До сих пор основными методами борьбы с обыкновенной корневой гнилью зерновых в мировой практике остаются агротехнические приёмы и химические препараты [5; 9]. Используемые методы не обеспечивают полноценной защиты от заболевания, либо являются опасными для здоровья человека и для окружающей среды [3; 11]. В этой связи в последние годы возрос интерес к разработке биологических методов борьбы с корневыми гнилями, основанных на использовании микроорганизмов-антагонистов возбудителя заболевания [6; 10].

Однако микроорганизмы, входящие в состав коммерческих биопрепаратов, часто оказываются неконкурентоспособными в естественных микробоценозах. В этой связи, несмотря на большое количество уже существующих биопрепаратов, поиск новых штаммов антагонистов, адаптированных к конкретным почвенно-климатическим условиям, продолжает оставаться актуальным.

Ещё одним препятствием на пути широкого использования микробных препаратов в защите растений является их потенциальная опасность для здоровья человека и сельскохозяйственных животных [12]. Использование биопрепаратов на основе психрофильных и психротолерантных штаммов позволит существенно снизить риск для здоровья человека. Температурные пределы роста данных микроорганизмов позволяют им эффективно развиваться в почвах умеренной климатической зоны, особенно в начале вегетационного периода. В то же время эти микроорганизмы не способны к росту при температуре человеческого тела, что исключает возможность возникновения заболеваний у человека и теплокровных животных даже при массированной инокуляции организма. Наиболее доступным и богатым в видовом отношении источником психрофильных и психротолерантных микроорганизмов в умеренной климатической зоне являются карстовые пещеры [4]. Предварительные исследования показали, что среди выделенных из пещер микроорганизмов высока встречаемость штаммов, способных подавлять рост фитопатогенных грибов [2].

Целью настоящих исследований была проверка возможности использования психрофильных бактерий и грибов в качестве биологического агента в борьбе с обыкновенной корневой гнилью зерновых.

В качестве объектов исследований были использованы психрофильные микроорганизмы, выделенные из пещер Красноярского края и показавшие в ходе предварительных испытаний высокую степень антагонизма в

отношении B. sorokiniana [1]. Лабораторную оценку эффективности штаммов антагонистов в защите пшеницы от корневой гнили проводили методом искусственного заражения предварительно бактеризованных семян пшеницы Новосибирская-15 с последующим выращиванием в сосудах со стерильным песком в течение 14 суток.

Лабораторные испытания показали, что три изолята психрофильных бактерий, проявившие антибиотическую активность в отношении грибов р. Bipolaris в условиях in vitro, статистически достоверно (p<0,05) подавляют развитие обыкновенной корневой гнили в экспериментах с искусственным заражением семян пшеницы. Этот эффект проявляется как в снижении интенсивности заболевания, так и в улучшении биометрических показателей инфицированных проростков при предварительной бактеризации семян штаммами антагонистов (рис. 1-3). Наибольший эффект в защите пшеницы от обыкновенной корневой гнили показал штамм ВДР5 (р. Bacillus, место выделения - пещера "Водораздельная"), который может быть рекомендован для испытаний в полевых условиях.

Рис. 1. Влияние бактеризации семян психрофильными бактериями-антагонистами (ВДР5, ВДР7 и ВДР10) на интенсивность развития корневой гнили у проростков пшеницы при искусственном заражении семян

в лабораторных условиях

Рис. 2. Влияние бактеризации семян психрофильными бактериями-антагонистами (ВДР5, ВДР7 и ВДР10) на рост проростков пшеницы при искусственном заражении семян в лабораторных условиях

16 -

1 s 14 -

сз о о сс 12 -10 -

сс ч 5 - 6 -

ъ 4 -

2 -

0 -I—------------—і—--------1—-------------—і—---------—і—-----L

контроль заражение ВДР5 ВДР7 ВДР10

Рис. 3. Влияние бактеризации семян психрофильными бактериями-антагонистами (ВДР5, ВДР7 и ВДР10) на сухую массу проростков пшеницы при искусственном заражении семян в лабораторных условиях

Выделенные из пещер микроскопические грибы также проявили способность к статистически достоверному (p<0,05) подавлению развития обыкновенной корневой гнили в лабораторных условиях (рис. 4).

Рис. 4. Влияние обработки семян психрофильными грибами-антагонистами (штаммы 108, 31 и 85) на интенсивность развития корневой гнили у проростков пшеницы при искусственном заражении семян

в лабораторных условиях

Наибольший эффект в подавлении развития заболевания показал штамм 31 (р. Cladosporium), выделенный из пещеры Партизанская.

Таким образом, лабораторные испытания выделенных из пещер штаммов психрофильных и психро-толерантных микроорганизмов, проявляющих антагонизм в отношении возбудителя обыкновенной корневой гнили зерновых, показали их способность к защите пшеницы от заболевания в лабораторных условиях. В настоящее время ведётся подготовка к испытаниям указанных штаммов в полевых условиях.

Литература

1. Ланкина, Е.П. Перспективы использования психрофильных и психротолерантных микроорганизмов в защите зерновых от корневых гнилей / Е.П. Ланкина, И.Р. Илиенц, С.В. Хижняк // Инновационные тенденции развития агропромышленного комплекса России: мат-лы 2-й междунар. (заочной) науч.-практ. конф. молодых ученых. - Красноярск: Изд-во КрасГАУ (в печати).

2. Нестеренко, Е.В. Микромицеты карстовых полостей Средней Сибири: автореф. дис. ... канд. биол. наук / Е.В. Нестеренко. - Красноярск: Изд-во КрасГАУ, 2007. - 19 с.

3. Пестициды в экосистемах. Проблемы и перспективы: аналитический обзор. - Новосибирск: СО РАН, ГПНТБ, 1994. - 142 с.

4. Психрофильные и психротолерантные гетеротрофные микроорганизмы карстовых полостей Средней Сибири / С.В. Хижняк, И.В. Таушева, А.А. Березикова [и др.] // Экология. - 2003. - № 4. - С.261-266.

5. Цугленок, Н.В. Система защиты зерновых и зернобобовых культур от семенных инфекций / Н.В. Цугленок, Г.И. Цугленок, А.П. Халанская. - Красноярск: Изд-во КрасГАУ, 2003. - 243 с.

6. Биологическая защита растений / М.В. Штерншис, Ф.С. Джалилов, И.В. Андреева [и др.]. - М.: Колос, 2004. - 264 с.

7. Draper, M.A. Common Root and Crown Rot Diseases of Wheat in South Dakota /M.A. Draper; South Dakota State University . - 2000. - P. 1-4.

8. Bipolaris sorokiniana, a cereal pathogen of global concern: cytological and molecular approaches towards better control / J. Kumar, P. Schafer, R. Huckelhoven [at el] // Molecular Plant Pathology. - 2002. - Vol. 3. -N. 4. - P. 185-195.

9. Mehta, Y.R. Constraints on the integrated management of Spot blotch of wheat / Y.R. Mehta // In: Helminthosporium blight of wheat: Spot Blotch and Tan Spot (Eds.E. Duveiller, H.J. Dubin, J. Reeves & A. McNab). Proceedings of an international workshop held at CIMMYT( 9-14 February 1997. El Batan, Mexico). - 1997. - P. 18-27.

10. Pal, K.K. Biological Control of Plant Pathogens / K.K. Pal// The Plant Health Instructor. DOI: 10.1094/PHI-A-2006-1117-02. - 2006. - 25 p.

11. Pimentel, D. Environmental and socio-economic costs of pesticide use / D. Pimentel, A. Greiner // In:

Pimentel, D. ed. Techniques for reducing pesticide use: economic and environmental benefits. - Chichester,

1997. - P. 51-78.

12. Strasser, H. Potential health problems due to exposure in handling and using biological control agents /

H. Strasser, M. Kirchmair // An Ecological And Societal Approach to Biological Control: Kluwer Academic

Pub. - 2006. - P. 275-293.

'--------♦-------------