Роль грибов рода Trichoderma в повышении урожайности пшеницы и ячменя…

УДК 581.1 Т.И. Голованова, Е.В. Долинская, Е.А. Сичкарук

РОЛЬ ГРИБОВ РОДА TRICHODERMA В ПОВЫШЕНИИ УРОЖАЙНОСТИ ПШЕНИЦЫ И ЯЧМЕНЯ

Изучено влияние гриба рода Trichoderma на ростовые процессы и продуктивность ячменя и пшеницы, выращенных в условиях светокультуры, а также на содержание различных групп микроорганизмов в ризосфере растений пшеницы.

Ключевые слова: Trichoderma, рост и развитие растений, продуктивность, микроорганизмы-антагонисты, термоиндукционные переходы флуоресценции хлорофилла, хлорофилл.

T.I. Golovanova, Ye.V. Dolinskaya,Ye.A. Sichkaruk TRICHODERMA FUNGI ROLE IN WHEAT AND BARLEY PRODUCTIVITY INCREASE

The influence of Trichoderma fungi on growth process and wheat and barley productivity cultivated in photoculture conditions and on availability of various groups of microorganisms in wheat rhizosphere is studied.

Key words: Trichoderma,plants growth and development, productivity, microorganism-antagonists, termoin-duced changes of chlorophyll fluorescence, chlorophyll.

В процессе онтогенеза растения подвергаются воздействию различных стрессовых факторов окружающей среды, к которым относятся свет, температура воздуха и почвы, вода в почве и атмосфере, движение воздуха, дымовые газы, засоление грунтовых вод, естественная и искусственная радиация. Они оказывают влияние на ростовые процессы растений, их продуктивность и качество продукции.

Однако наряду с факторами внешней среды большое влияние на развитие растительного организма оказывает микрофлора почвы. Накопленные к настоящему времени данные свидетельствуют о том, что в природных условиях высшие растения всегда колонизированы микроорганизмами, причем последние играют активную роль в адаптации растений к среде обитания [3; 9-10; 18].

Одним из распространенных компонентов микрофлоры в ризосфере растений являются грибы рода Tlichoderma. Они обладают развитой системой ферментативного аппарата, благодаря которому обеспечивается их высокая приживаемость и конкурентоспособность [16]. Грибы рода Тп^одета являются полиантагонистами, способными в естественных условиях подавлять развитие многих патогенных микроорганизмов, обитающих в корневой зоне растений [1], кроме того, они обладают способностью влиять на вредные организмы через стимулирование защитных свойств растений [9;17]. Они также могут оказывать положительное действие на ростовые процессы растений и влиять на их продуктивность [4; 6; 16]; способны синтезировать физиологически активные вещества, которые влияют на биохимические процессы, протекающие в растениях. Так, внесение грибов этого рода в ризосферу значительно активизируют многие ферменты растений - инвертазу, каталазу, амилазу, уреазу, что, в свою очередь, увеличивает интенсивность окислительновосстановительных процессов, фотосинтез и поглощение питательных элементов корневой системой [12]. Все это влияет не только на уровень урожайности сельскохозяйственных культур, но и на качественные характеристики продукции, увеличивая содержание белков, незаменимых аминокислот и витаминов [2].

Цель работы - исследование влияния грибов рода Tríchoderma на урожайность растений пшеницы и ячменя, выращенных в условиях светокультуры.

Объекты и методы исследований. Работа проводилась с растениями пшеницы и ячменя различных сортов. Растения выращивали в условиях светокультуры на керамзите, температура составляла 23±2°С, освещенность - 13,5 Клк, влажность - 75±3%. Семена обрабатывали спорами гриба Tríchoderma аврегеНит М 99/5 до полного насыщения, титр 108. Контролем служил вариант, где семена не были обработаны спорами данного гриба. Количество углеводов определяли в этанольных экстрактах методом Дюбуа [19]. Содержания белка определяли биуретовым методом [15]. Данные были обработаны статистически [13].

Содержание зеленых пигментов определяли спектрофотометрическим методом по молярным коэффициентам экстинции [7].

В качестве индикатора состояния фотосинтетических мембран использовали метод термоиндуцированных изменений нулевого уровня флуоресценции хлорофилла, который представляет собой регистрацию флуоресценции в ходе плавного нагрева изолированных хлоропластов, клеток и высечек листьев растений [7; 14].

Анализ микрофлоры проводили на 20-е и 40-е сутки. Количество микроорганизмов в ризосфере определяли методом высева на плотные питательные среды: мясо-пептонный агар, крахмало-аммиачный агар, сусло-агар и среда Эшби.

Пересчёт на 1 г почвы по формуле

И X ^

КОЕ = ^ ----------,

М х '

где N - сумма колоний в 3-х чашках Петри;

к - разведение; М - влажность воздуха, отн. ед.;

V - объем капли, мл [11].

Результаты исследований и их обсуждение. Опудривание семян спорами гриба рода ТпсЬоСегта увеличивало энергию прорастания и всхожесть растений на 15 и 10% соответственно по сравнению с контрольным вариантом; ТпсЬюСегта оказывали положительное влияние на физиолого-морфологические параметры исследуемых растений, такие, как длина надземной части, корневая система, количество листьев, сырая и сухая биомасса, объем корневой системы.

В опытных вариантах у растений увеличивались общая и продуктивная кустистость. У ячменя сорта Агул-2 общая кустистость увеличилась в 4,5 раза, у сорта Баджей - в 2,4 раза, продуктивность соответственно в 5,8 и в 1,9 раза. Масса 1000 семян в опытных вариантах по сравнению с контролем возросла на 17% у сорта Агул-2 и на 37,2 % - у сорта Баджей. Установлено, что обработка растений спорами гриба ТпсЬоСег-та повышала их урожайность. У сорта Агул-2 этот показатель превысил контроль в 7,8 раза, тогда как у сорта Баджей увеличение составило 1,6 раза (табл. 1).

Таблица 1

Влияние Trichoderma на урожайность растений

Сорт Сырая биомасса, г Сухая биомасса, г Общая кустистость на одно растение Продуктивная кустистость на одно растение Масса 1000 семян, г Конечная урожайность из расчета на 1 растение, г

Ячмень

Контроль: семена, не об эаботанные спорами гриба рода ТпсЬобвгта

Агул-2 0,70 ± 0,05 0,07 ± 0,04 2,0 ± 0,2 1,3 ± 0,01 35,31 0,53

Баджей 0,93 ± 0,02 0,11 ± 0,01 4,6 ± 0,77 3,6 ± 0,40 32,79 4,09

Опыт: семена, обработанные спорами г риба рода ТпсЬобвгтэ

Агул-2 0,91 ± 0,03 0,09 ± 0,003 9,0 ± 1,29 7,5 ± 0,41 41,32 4,12

Баджей 1,06 ± 0,01 0,12 ± 0,001 11,0 ± 0,91 7,0 ± 0,46 45 6,5

Пшеница

Контроль: семена, не об эаботанные спорами гриба рода ТпсЬобвгта

Жница 0,74 ± 0,004 0,071 ± 0,003 3,50 ± 0,3 2,00 ± 0,01 28,5 0,33

Веснянка 0,56 ± 0,005 0,054 ± 0,002 3,63 ± 0,6 2,75 ± 0,06 36,3 0,54

Опыт: семена, обработанные спорами г риба рода ТпсЬобвгтэ

Жница 1,23 ± 0,040 0,111 ± 0,004 4,27 ± 0,85 4,27 ± 0,09 29,5 0,71

Веснянка 1,02 ± 0,050 0,092 ± 0,003 4,00 ± 0,77 3,80 ± 0,1 39,8 1,34

Под действием ТпсЬоСегта увеличивалось содержание углеводов и белков (рис. 1-2).

вариант опыта

Рис. 1. Влияние ТгісЬоСегта на содержание белков в растениях пшеницы: 1 - растения, не обработанные спорами гриба ТгісЬоСегта;

2 - растения, обработанные спорами гриба ТгісЬоСегта

вариант опыта

Рис. 2. Влияние ТгісЬоСегта на содержание углеводов в растениях пшеницы:

1 - растения, не обработанные спорами гриба ТгісЬоСегта;

2 - растения, обработанные спорами гриба ТгісЬоСегта

Установлено, что наибольшее содержание хлорофилла в листьях растений характерно для опытных вариантов, соотношение хлорофилла а к хлорофиллу Ь изменялось в сторону увеличения хлорофилла Ь. (табл. 2).

Таблица 2

Влияние Trichoderma на содержание зеленых пигментов в растениях пшеницы

Сутки Сорт Содержание хлорофилла а, % Содержание хлорофилла Ь, % Содержание общего хлорофилла, % Отношение хлорофилла а к хлорофиллу Ь, %

Контроль: семена, не обработанные спорами гриба рода ТгісЬоСегта

Тулунская-12 0,032±0,002 0,014±0,001 0,05 2,29

КС-15 0,029±0,001 0,011 ±0,002 0,04 2,64

15 Опыт: семена, обработанные спорами гриба рода ТгісЬоСегта

Тулунская-12 0,052±0,003 0,025±0,002 0,08 2,08

КС-15 0,041±0,003 0,019±0,002 0,06 2,16

Контроль: семена, не обработанные спорами гриба рода ТгісЬоСегта

Тулунская-12 0,068±0,001 0,044±0,001 0,11 1,55

КС-15 0,049±0,003 0,031±0,001 0,08 1,58

30 Опыт: семена, обработанные спорами гриба рода ТгісЬоСегта

Тулунская-12 0,078±0,003 0,065±0,003 0,14 1,15

КС-15 0,071 ±0,001 0,054±0,02 0,13 1,31

Исследования по термоиндукционным изменениям нулевого уровня флуоресценции хлорофилла показали, что растения, обработанные ТпсЬоСегта, обладают высокой вариабельной флуоресценцией, что говорит о большей эффективности ФС II. Данный факт подтверждается и высоким содержанием хлорофилла Ь в опытных растениях; у этих растений преобладает гранальная организация хлоропластов и они более термоустойчивы (табл. 3).

Таблица 3

Термоиндуцированные изменения нулевого уровня флуоресценции хлорофилла у пшеницы

Вариант опыта Срок вегетации, сут. т Р2 Термоустойчивость, °С

КС-15, контроль 15 0,615±0,008 3,270±0,002 40,25±0,35

КС-15, опыт 0,705±0,001 3,940±0,003 43,50±0,70

Тулунская-12, контроль 0,540±0,001 2,270±0,001 39,50±0,71

Тулунская-12, опыт 0,565±0,002 2,450±0,006 41,50±0,71

КС-15, контроль 30 0,520±0,003 3,450±0,003 43,25±0,72

КС-15, опыт 0,610±0,002 3,620±0,001 46,30±0,50

Тулунская-12, контроль 0,500±0,001 2,010±0,016 42,80±0,60

Тулунская-12, опыт 0,540±0,002 2,220±0,010 44,10±0,70

Грибы рода ТпсЬоСегта оказывали влияние на микроорганизмы прикорневой зоны растений. Происходило резкое уменьшение численности актиномицетов, бактерий, грибов; изменялось соотношение азот-фиксирующих микроорганизмов (табл. 4).

Таблица 4

Количество микроорганизмов в ризосфере растений пшеницы, выращенных

в условиях светокультуры

Сорт Количество микроорганизмов, млрд/г почвы

Бактерии, млрд ы, н - 1 рм 1 Актиномицеты, млн Азотфиксаторы, млн

20-е сутки

Контроль: семена, не обработанные спорами гриба рода ТгісЬоСегта

КС-15 46,70 1,06 184,40 365,33

Тулунская-12 7,24 5,27 284,80 964,00

Опыт: семена, обработанные спорами гриба рода ТгісЬоСегта

КС-15 2,00 0,30 27,93 523,33

Тулунская-12 27,05 0,66 77,53 929,33

40-е сутки

Контроль: семена, не обработанные спорами гриба рода ТгісЬоСегта

КС-15 10,36 1,73 69,06 413,34

Тулунская-12 3,01 6,73 81,40 982,67

Опыт: семена, обработанные спорами гриба рода ТгісЬоСегта

КС-15 0,82 1,53 6,13 475,34

Тулунская-12 1,11 6,93 15,87 978,67

Таким образом, стимулирующий эффект ТпсЬоСегта обнаруживался уже на самых ранних стадиях развития растений, начиная с прорастания семян. Опудривание семян спорами гриба способствовало увеличению энергии прорастания семян и всхожести независимо от сорта растения по сравнению с контрольным вариантом. Это связано с тем, что обмен веществ у семян растений с внешней средой весьма ограничен, особенно в период покоя, а интенсивный обмен веществ и биохимические превращения начинаются у них с момента подготовки к прорастанию и в процессе его. Под влиянием ТпсЬюСегта увеличивалось содержание белков и углеводов у пшеницы и ячменя, повысилась урожайность растений. Результаты исследований показали высокие значения вариабельной флуоресценции в обработанных триходермой растениях. Исходя из полученных данных, можно сделать заключение о том, что в опытных вариантах эффективность использования световой энергии ФС II выше. С одной стороны, действие микроорганизмов-антагонистов на растения опосредовано, так как они, действуя на микрофлору почв, снижают ее численность, что позволяет снизить пораженность растений, а, следовательно, повысить их урожайность в несколько раз, с другой стороны, биологические агенты оказывали и непосредственное влияние на метаболические процессы, протекающие в растениях, так как они могут проникать в растения и выделять ряд веществ, которые непосредственно могут включаться в метаболизм растений и таким образом влиять на биохимическую направленность и продуктивность растений [5; 8].

Литература

1. Александрова, А.В. Влияние гриба Trichoderma harzianum на почвенные микромицеты / А.В. Александрова, Л.Л. Великанов // Микология и фитопатология. - 2000. - Т. 34. - Вып. 3. - C. 68-77.

2. Беспалова, А.П. Биометоду - развиваться / А.П. Беспалова // Защита и карантин растений. - 2000. -№ 9. - С. 18.

3. Боронин, А.М. Ризосферные бактерии рода Pseudomonas, способствующие росту и развитию растений / А.М. Боронин // Соросов. образов. журн. - 1998. - Т. 35. - № 10. - С. 25-32.

4. Голованова, Т.И. Триходерма как регулятор ростовых процессов / Т.И. Голованова, Т.И. Громовых, В.М. Гукосян // Деп. ВИНИТИ. - 1996. - № 502. - Вып. 96. - 14 с.

5. Голованова, Т.И. Роль грибов рода Trichoderma в жизнедеятельности сосны обыкновенной / Т.И. Голованова, И.Г. Сенчило // Вестн. КрасГАУ. - 2005. - С. 205-209.

6. Голованова, Т.И. Влияние грибов рода Trichoderma на ростовые процессы растений пшеницы / Т.И. Голованова, Е.В. Долинская, Ю.Н. Костицына // Исследовано в России. - 2008. - С. 173-182.

7. Теоретические основы и методы изучения флуоресценции хлорофилла / В.М. Гольд, Н.А. Гаевский, Ю.С. Григорьев [и др.]. - Красноярск: Изд-во КГУ, 1984. - С. 50-53.

8. Использование микробного антагонизма в борьбе с инфекционным полеганием сеянцев хвойных / Т.И. Гоомовых, В.М. Гукасян, А.Л. Малиновский [и др.] // Сибир. экол. журн. - 1997. - № 5. - С. 501-504.

9. Эффективность действия Trichoderma asperellum на развитие фузариоза на сеянцах Larix sibirica / Т.И. Громовых, Ю.А. Литовка, В.С. Громовых [и др.] // Микология и фитопатология. - 2002. - Т. 36. -Вып. 4. - С. 70-75.

10. Дятлова, К.Д. Микробные препараты в растениеводстве / К.Д. Дятлова // Соров. образов. журн. -2001. - Т. 7. - № 5. - С. 17-22.

11. Егоров, Н.С. Практикум по микробиологии / Н.С. Егоров. - М.: Изд-во МГУ, 1976. - С. 102-119.

12. Коломбет, Л.В. Грибы рода Trichoderma как продуценты биофунгицидов: прошлое, настоящее, будущее: тез. докл. / Л.В. Коломбет // Современная микология в России. - М., 2002. - 229 с.

13. Лакин, Г.Ф. Биометрия / Г.Ф. Лакин. - М.: Высш. шк., 1990. - 351 с.

14. Нестеренко, Т.В. Термоиндукция флуоресценции хлорофилла и возрастное состояние листьев высших растений / Т.В. Нестеренко, В.Н. Шихов, А.А. Тихомиров // Физиология растений. - 2001. - Т. 48. - С. 282-290.

15. Плешков, Б.П. Практикум по биохимии растений / Б.П. Плешков. - М.: Колос, 1976. - 256 с.

16. Сейкетов, Г.Ш. Грибы рода Trichoderma и их использование в практике / Г.Ш. Сейкетов. -- Алма-Ата: Наука, 1982. - 248 с.

17. Сторожук, С.В. Высокое качество биопрепарата - залог успеха / С.В. Сторожук, И.А. Сидоров, М.С. Соколов // Защита растений. - 1995. - № 8. - С. 16-17.

18. Микроорганизмы - продуценты стимуляторов роста растений и их практическое применение / Е.А Цавкелова, С.Ю. Климова, Т.А. Чердынцева [и др.] // Прикл. биохимия и микробиология. - 2006. -Т. 42. - № 2. - С. 133-143.

19. Colometric method for determination of sugars and related substances / M. Dibois, K.A. Gilles, Y.K. Hamilton [att el] // Analit. Chem. - 1956. - Vol. 28. - P. 350-356.

'--------♦------------