Казань, Россия
Россия
В ходе научного исследования изучалось влияние биопрепаратов на рост и развитие яровой пшеницы сорта Экада 109 (Triticum aestivum L.). Особое внимание уделялось обработке семян и вегетирующих растений штаммами эндофитных бактерий Bacillus velezensis KS-25 и Bacillus velezensis KS-31. Работа проводилась в 2023–2024 гг. на опытных полях ООО «Агробиотехнопарк», входящего в структуру Казанского государственного аграрного университета. Агрохимический анализ почвы показал содержание гумуса на уровне 3,0%, количество подвижного фосфора составило 250 мг/кг (по Кирсанову), а обменного калия – 170 мг/кг, pH — 6,6. Схема опыта: контроль (без обработки); инокуляция семян KS-25 (1 л/т); инокуляция семян KS-31 (1 л/т); листовая обработка KS-25 (1 л/га); листовая обработка KS-31 (1 л/га). предусматривала четырёхкратную повторность с последовательным размещением делянок, площадь каждой из которых составляла 24 м². Результаты исследований выявили положительное влияние обработки семян штаммом KS-25 (доза 1 л/т) на накопление сухой биомассы корней и стеблей в течение двух вегетационных сезонов. В 2023 г. прирост сухой массы корневой системы достиг 0,13 г, а надземной части – 0,66 г. В 2024 г. динамика сохранилась: показатели составили 0,15 г для корней и 0,64 г для стеблей. Применение штамма KS-31 (доза 1 л/га) способствовало повышению сохранности всходов на 2,9% относительно контроля. Проведенные исследования выявили положительное влияние обработки семян изучаемым штаммом на продуктивность яровой пшеницы. В частности, применение препарата в дозировке 1 л/т способствовало увеличению количества продуктивных стеблей на единицу площади. Наибольшая масса зерна с колоса (0,84 г) зафиксирована при обработке KS-25 (1 л/га), что статистически значимо (НСР₀₅=0,04). Максимальная урожайность достигнута при применении KS-31 (1 л/т) — 4,05 т/га (+0,44 т/га к контролю, 12,1%). Содержание сырой клейковины увеличилось на 4,1% при использовании KS-25 и KS-31 (1 л/га).
яровая пшеница (Triticum aestivum L), эндофитные бактерии, Экада 109, урожайность, сухая масса, Bacillus
Введение. На сегодняшний день химические средства защиты растений являются основным инструментом в борьбе с вредными организмами. Их применение позволяет ежегодно сохранять 17-18 миллионов тонн зерна [1, 2, 3]. Однако у химических средств защиты растений существует серьёзная проблема – накопление резистентности к пестицидам [4, 5, 6]. Также важной проблемой является экологическая и токсикологическая безопасность этих средств. Поэтому поиск альтернатив, таких как биологические препараты, становится особенно актуальным [7, 8, 9]. С развитием сельского хозяйства в России активно проводятся научные исследования по созданию биологических препаратов. Для этого создаются научные центры, занимающиеся разработкой этих препаратов и технологий их применения [10, 11]. На сегодняшний день большой интерес у сельскохозяйственных товаропроизводителей вызывают препараты на основе эндофитных бактерий рода Bacillus [12, 13, 14]. Эти препараты безопасны для человека, животных и окружающей среде, а также обладают селективным действием, что является немаловажным фактором. Эндофитные бактерии рода Bacillus способствуют растениям в усвоении питательных веществ из почвы и стимулируют их рост за счёт синтеза ростостимулирующих фитогормонов, таких как индол-3-уксусная кислота (ИУК), гиббереллины и цитокинины. Например, Bacillus subtilis усиливает доступность фосфора и азота для растений, выделяя органические кислоты и ферменты (например, фосфатазы), которые растворяют минеральные соединения в почве. Кроме того, эти бактерии синтезируют сидерофоры — низкомолекулярные хелаторы железа, что повышает усвоение железа в условиях его дефицита. Защитная функция Bacillus реализуется через несколько механизмов. Во-первых, они продуцируют антибиотики (например, бацитрацин, фенигицин), подавляющие рост фитопатогенных грибов и бактерий. Во-вторых, бактерии выделяют литические ферменты (хитиназы, глюканазы), разрушающие клеточные стенки патогенов. Например, хитиназы Bacillus amyloliquefaciens деградируют хитин в клеточных стенках грибов рода Fusarium, предотвращая их развитие [15, 16, 17]. Эндофитные бактерии могут оказывать положительное влияние на зерновые культуры, в частности на пшеницу. Они стимулируют рост растений, повышают их устойчивость к различным стрессам, включая абиотические, и способствуют улучшению общего состояния растений. Эти бактерии помогают укрепить защитные механизмы пшеницы, что в свою очередь может привести к увеличению урожайности и улучшению качества зерна [18, 19]. Основной целью нашего исследования являлась оценка влияния агробиотехнологических методов, включающих предпосевную обработку семян и внекорневое внесение биопрепаратов в течение вегетационного периода, на ростовые процессы и урожайность яровой пшеницы. В рамках эксперимента изучались реакции растений на применение биологических составов, направленных на оптимизацию ростовых процессов и продуктивности сельскохозяйственной культуры. Условия, материалы и методы. В качестве объекта исследования использовалась яровая пшеница сорта Экада 109 (Triticum aestivum L.). Исследования проводились в 2023–2024 гг. на экспериментальных полях ООО «Агробиотехнопарк» с. Нармонка Лаишевского района, Республики Татарстан. (научно-производственная база Казанского государственного аграрного университета). Почвенные условия участка представлены серыми лесными почвами, характерными для данного агроэкологического региона. Агрохимический анализ пахотного слоя выявил следующие показатели: содержание гумуса – 3,0% (по Тюрину); уровень подвижного фосфора (по Кирсанову) – 250 мг/кг (очень высокий); обменного калия – 170 мг/кг (повышенное содержание); реакция почвенной среды (pH солевой вытяжки) – 6,6 (близкая к нейтральной). Объектом изучения выступили два штамма эндофитных бактерий Bacillus velezensis (KS-25 и KS-31), выделенные из ризосферы пшеницы (Triticum aestivum L.) в агроэкосистемах Республики Татарстан. предварительно отобранные по результатам лабораторных тестов, подтвердивших их ростостимулирующую активность в отношении проростков пшеницы. Схема опыта включала пять вариантов: 1. Контроль (без обработки биопрепаратами); 2. Инокуляция семян штаммом KS-25 (1 л/т семян); 3. Инокуляция семян штаммом KS-31 (1 л/т семян); 4. Листовая обработка вегетирующих растений KS-25 (1 л/га); 5. Листовая обработка вегетирующих растений KS-31 (1 л/га). В ходе исследования посевы обрабатывали биопрепаратами в фазе выхода растений в трубку. Для обеспечения надёжности результатов полевые испытания повторяли четыре раза. Экспериментальные участки располагались последовательно, каждый имел общую площадь 24 м², из которых 20 м² были учётными. Предшествующей культурой на этих участках был чистый пар. В ходе вегетационного периода яровой пшеницы на этапе кущения осуществлялась гербицидная обработка, включающей препараты Ластик Экстра КЭ (на основе этофумезата) которую применяли в дозе 1,5 л/га и Балерина Супер СЭ (метсульфурон-метил + тритосульфурон) которую вносили в дозе 0,20 л/га в фазу кущения яровой пшеницы. Для комплексной оценки эффективности изучаемых агроприемов проводился детальный анализ продуктивности агрофитоценоза, включающий: определение сохранности растений к уборке; учет коэффициента продуктивной кустистости; измерение массы 1000 зерен; вычисление элементов структуры урожая. Все исследования проводились в строгом соответствии с методическими рекомендациями Госсорткомиссии РФ. Содержание сырой клейковины определяли согласно ГОСТ 13586.1-2018 «Зерно. Метод определения количества и качества клейковины в пшенице» с использованием лабораторной мельницы и клейковиномоечного аппарата. Уборочные работы проводились при достижении зерном физиологической спелости (фаза восковой спелости, влажность зерна 14%) с использованием зерноуборочного комбайна САМПО-500. Математическая обработка экспериментальных данных выполнялась с применением современных статистических методов. Проведен однофакторный дисперсионный анализ по методике, разработанной профессором Доспеховым Б.А., с последующей оценкой достоверности различий по критерию Стьюдента при 5%-ном уровне значимости. Агрометеорологические условия в 2023 году оказали выраженное влияние на формирование урожая зерновых культур. Аномалии термического режима в апреле (+6,7 °C к климатической норме) спровоцировали интенсивное снеготаяние, что позволило начать посевные работы 25 апреля – на две недели раньше среднестатистических сроков. Майская температура превысила многолетние значения на 1,6 °C, создав оптимальные условия для ускоренного развития вегетативной массы пшеницы. Однако в июне наблюдался экстремальный дефицит осадков (11% от нормы), приведший к почвенной засухе. В июле 78% месячной нормы осадков выпало в третьей декаде на фоне понижения температуры, что замедлило налив зерна. В 2024 году погодные факторы также создали стрессовые условия для агроценозов. Первая половина мая характеризовалась пониженными температурами (на 2,1 °C ниже нормы), сменившейся резким потеплением в последней декаде (+3,3 °C к средним показателям). Осадки в мае соответствовали среднемноголетним значениям, но июньский дефицит влаги (27% от нормы) усилил негативное воздействие на критическую фазу колошения. Рис. 1 – Метеорологические условия в период роста яровой пшеницы в 2023-2024 годах Результаты и обсуждение. Анализ, проведенный в фазе кущения выявил, что на сухую массу растений напрямую повлияли агрометеорологические условия года, а также прослеживалось действие эндофитных бактерий при обработке семян (рис. 2). За 2023-2024 гг. наилучшие результаты были получены при применении KS-25 1 л/т, при котором по сравнению с контролем сухая масса корней повысилась в 2023 году на 0,13 г., а в 2024 году на 0,15 г, а масса стебля на 0,66 и 0,64 г, соответственно. Рис. 2 – Сухая масса (стеблей, корней) яровой пшеницы сорта Экада 109 в конце фазы кущения, при применении штаммов KS-25 и KS-31, 2023–2024 годы. Проведенные исследования подтвердили существенное влияние биологических препаратов на полевую всхожесть и выживаемость растений. Экспериментальные данные показали, что обработка семян препаратом KS-31 в дозе 1 л/т способствовала достоверному увеличению всхожести на 1,7% по сравнению с контролем. Наибольшая эффективность в отношении сохранности наблюдалась при внесении того же препарата в норме 1 л/га, что свидетельствует о его положительном воздействии на начальные этапы онтогенеза сельскохозяйственных культур. После обработки посевов этим препаратом, сохранность растений увеличилась на 2,9 %. Также было отмечено улучшение показателей выживаемости растений при использовании препарата KS-25 в дозах 1 литр на тонну и 1 литр на гектар по сравнению с контролем. Рис. 3 - Выживаемость всходов яровой пшеницы сорта Экада 109 к уборке в зависимости от использования штаммов KS-25 и KS-31, среднее за 2023-2024 гг. Структура урожая повысилась при использовании эндофитных бактерий (табл.1). По высоте растений наивысшие значения были получены на варианте с применением KS-31 – 1 л/т (+10 см). Достоверное увеличение длины колоса отмечено при обработке KS-31 (1 л/т) – 8,2 см (+1 см к контролю; НСР₀₅ = 0,94). По массе зерна с 1 колоса прибавка наблюдалась на варианте с применением KS-25 – 1 л/га (+0,1 гр.). Немногим меньше эти показатели были на вариантах KS-25 – 1 л/т и KS-31 – 1 л/т (+0,09 и +0,08 соответственно). Таблица 1 – Влияние различных обработок на биометрические показатели растений яровой пшеницы сорта Экада 109, среднее за 2023-2024 гг. Вариант Высота растений (см) Продуктивные стебли (шт./м²) Длина колоса (см) Масса зерна с колоса (г) 1.Контроль (без обработки) 80 487 7,2 0,74 2.KS-25 1 л/т 88 481 8,0 0,83 3.KS-31 1 л/т 90 497 8,2 0,82 4.KS-25 1 л/га 84 471 7,8 0,84 5.KS-31 1 л/га 87 480 7,0 0,79 НСР05 5,9 10,9 0,94 0,04 Максимальная эффективность была достигнута при применении штамма KS-31 в дозировке 1 л/т, где зафиксировано статистически значимое увеличение урожайности зерна на 0,44 т/га (12,1%) относительно контрольной группы (табл. 2). Незначительно уступали данному варианту обработки: обработка семян штаммом KS-25 (1 л/т) — прибавка 0,36 т/га (9,9%) и внекорневая обработка KS-25 (1 л/га) — рост урожайности на 0,35 т/га (9,6%). Таблица 2 – Влияние различных обработок на урожайность яровой пшеницы сорта Экада 109, 2023-2024 гг. Вариант Урожайность зерна, т/га Средняя урожайность, т/га Прибавка 2023 г. 2024 г. т/га % 1.Контроль (без обработки) 3,83 3,39 3,61 - - 2.KS-25 1 л/т 4,05 3,90 3,97 0,36 9,9 3.KS-31 1 л/т 3,90 4,21 4,05 0,44 12,1 4.KS-25 1 л/га 3,95 3,98 3,96 0,35 9,6 5.KS-31 1 л/га 4,05 3,50 3,77 0,16 4,4 НСР05, т/га 0,46 0,37 Эндофитные бактерии оказали положительное влияние на качество зерна яровой пшеницы. В частности, применение препаратов KS-25 в дозе 1 л/га и KS-31 в дозе 1 л/га привело к увеличению содержания сырой клейковины на 4,1%. Однако стоит отметить, что обработка семян препаратом KS-25 в дозе 1 л/т показала снижение среднего содержания клейковины на 1,4% (34,6% против 36,0% в контроле). Стоит отметить, что по результатам исследований за оба года наивысшее содержание клейковины наблюдалось в 2024 году. Это может свидетельствовать о том, что использование эндофитных бактерий способствует улучшению качественных характеристик зерна в условиях конкретного года выращивания. Таблица 3 – Влияние различных обработок на показатели содержания сырой клейковины в зёрнах яровой пшеницы сорта Экада 109 в 2023-2024 гг. Вариант Содержание сырой клейковины, % Отклонение от контроля % 2023 2024 Средняя 1.Контроль (без обработки) 31,3 40,7 36,0 - 2.KS-25 1 л/т 30,8 38,4 34,6 -1,4* 3.KS-31 1 л/т 32,9 41,2 37,0 1,0 4.KS-25 1 л/га 33,3 41,7 37,5 1,5 5.KS-31 1 л/га 33,2 41,9 37,5 1,5 НСР05, % 3,06 1,22 *Разница с контролем статистически не значима Выводы. Использование биопрепаратов на основе эндофитных бактерий способствовало увеличению выживаемости, урожайности и качества зерна яровой пшеницы сорта Экада 109. Наиболее эффективным вариантом стала обработка семян штаммом KS-31 (1 л/т), где прибавка составила 0,44 т/га (12,1%) относительно контроля (3,61 т/га). Качество зерна улучшилось: варианты KS-25 (1 л/га) и KS-31 (1 л/га) увеличили содержание сырой клейковины на 1,5%.
1. Мировой рынок химических средств защиты растений: потенциальные потери урожая, тренды и перспективы производства пестицидов для экономики России / А. И. Тареев [и др.] // Техника и технология пищевых производств. 2024. Т. 54, № 2. С. 310-329. doi:https://doi.org/10.21603/2074-9414-2024-2-2508.
2. Лысов А. К. Проблемы применения средств защиты растений и пути снижения их техногенного воздействия на окружающую среду // АгроЭкоИнженерия. 2023. № 3(116). С. 34-51. doi:https://doi.org/10.24412/2713-2641-2023-3116-34-50.
3. Захаренко В. А. Особенности развития технологий защиты растений в агроэкосистемах в условиях рыночной экономики России // Агрохимия. 2023. № 8. С. 45-57. doi:https://doi.org/10.31857/S0002188123080112.
4. Сухорученко Г. И. Резистентность вредных организмов к пестицидам — проблема защиты растений второй половины XX столетия в странах СНГ // Вестник защиты растений. 2001. № 1. С. 18-37.
5. Brown C. D., Baird D. J. Pesticide residues in cereal crops: Current knowledge and future trends // J. Agric. Food Chem. 2019. Vol. 67, no. 19. P. 5391-5402. doi:https://doi.org/10.1021/acs.jafc.9b00123.
6. Степановских А. С., Жернова С. Ю., Жернов Г. О. Химическая защита растений: проблемы и перспективы // Актуальные проблемы медицины и биологии. 2019. № 1. С. 28-34.
7. Яковлев А. В. Актуальность использования биопрепаратов при выращивании сельскохозяйственных культур // Товароведение, технология и экспертиза: инновационные решения и перспективы развития: материалы III нац. науч.-практ. конф. Москва, 02 июня 2022 г. М.: Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии – МВА им. К. И. Скрябина, 2022. С. 268-271.
8. Захаренко В. А. Химическая защита растений в России в конце XX — начале XXI века // Защита и карантин растений. 2007. № 12. С. 6-10.
9. Захаренко В. А. Экономическая целесообразность системы защиты зерновых культур в России // Достижения науки и техники АПК. 2018. Т. 32. № 7. С. 5-8. doi:https://doi.org/10.24411/0235-2451-2018-10701.
10. Берестецкий А. О. Перспективы разработки биологических и биорациональных гербицидов // Вестник защиты растений. 2017. № 1(91). С. 5-12.
11. Калмыкова Г. В., Горобей И. М., Осипова Г. М. Перспективы использования Bacillus thuringiensis как биологического агента защиты растений // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2016. № 4(251). С. 12-19.
12. Ефимов М. Все препараты нашего производства безопасны для человека, животных и окружающей среды // Аграрная наука. 2020. № 1. С. 66.
13. Создание биопрепаратов, перспективных для сельского хозяйства / Н. Г. Захарова, З. Ю. Сираева, И. П. Демидова [и др.] // Ученые записки Казанского государственного университета. Сер.: Естественные науки. 2006. Т. 148, № 2. С. 102-111.
14. Культивируемые эндофитные бактерии стеблей и листьев гороха посевного (Pisum sativum L.) / Е. Н. Васильева, Г. А. Ахтемова, А. М. Афонин [и др.] // Экологическая генетика. 2020. Т. 18. № 2. С. 169-184. doi:https://doi.org/10.17816/ecogen17915.
15. Эндофитные бактерии рода Bacillus для защиты растений картофеля и томатов от альтернариоза / А. В. Сорокань, В. Ф. Габдрахманова, Д. К. Благова [и др.] // Таврический вестник аграрной науки. 2024. № 3(39). С. 205-215. doi:https://doi.org/10.5281/zenodo.13788887.
16. Эндофитные бактерии — основа комплексных микробных препаратов для сельского и лесного хозяйства / В. К. Чеботарь, А. В. Щербаков, С. Н. Масленникова [и др.] // Агрохимия. 2016. № 11. С. 65-70.
17. Действие микробиологических удобрений и химических протравителей на посевные качества семян сельскохозяйственных культур / Н. П. Чекаев, Ю. В. Блинохватова, А. В. Нуштаева [и др.] // Нива Поволжья. 2022. № 1(61). С. 01003. doi:https://doi.org/10.36461/NP.2022.61.1.009.
18. Задорожная В. А., Подлесных Н. В., Соколенко Г. Г. Оценка стимулирующего действия микробиологического препарата на основе штамма Bacillus subtilis на посевные качества зерновых культур // Вестник Воронежского государственного аграрного университета. 2022. Т. 15. № 1(72). С. 136-142. doi:https://doi.org/10.53914/issn2071-2243_2022_1_136.
19. Завалин А. А., Сапожников С. Н., Ньямбосе Д. Реакция яровой пшеницы на применение азотного удобрения и биопрепаратов // Вестник российской сельскохозяйственной науки. 2022. № 4. С. 50-54. doi:https://doi.org/10.31857/2500-2082/2022/4/50-54.
