Казань, Республика Татарстан, Россия
Казань, Россия
В настоящее время наблюдается значительный интерес к использованию биологических средств защиты растений как экологичной альтернативе химическим фунгицидам в интегрированных системах защиты растений. Целью работы является изучение влияния шести композиций пеногасителей, которые могут быть использованы для культивирования агента биологической защиты растений Bacillus velezensis MGMM30 на жизнеспособность штамма, фитопатогенную нагрузку и ростовые параметры проростков. Методика включала проращивание семян на питательных средах, во влажных камерах и в рулонах фильтровальной бумаги с оценкой зараженности основными семенными патогенами (Alternaria sp., Fusarium sp. и др.) и биометрических показателей. Результаты показали дифференцированное влияние пеногасителей: композиции 3Т80-SiO₂ и 4Т80-SiO₂ в сочетании со штаммом продемонстрировали наиболее выраженный эффект, снизив зараженность семян до 0% на питательной среде и обеспечив высокую всхожесть (78–86,7%) при значительном подавлении патогенов в других методах. Вариант 5Т80 также показал высокую эффективность в снижении инфекционного фона. Таким образом, пеногасители, которые используются для получения культуры агента биологической защиты B. velezensis MGMM30 могут увеличивать эффективность биологического агента, что открывает перспективы для разработки промышленных форм биопротравителей с повышенной эффективностью.
пеногасители, яровая пшеница, Bacillus velezensis, фитопатогены, семенная инфекция, биопрепараты
Введение. Предпосевная обработка семян остается ключевым элементом интегрированных систем защиты растений, позволяя снизить пораженность посевов семенными и почвенными инфекциями, улучшить стартовое развитие и повысить урожайность культур. В условиях роста требований к экологической безопасности и сокращения применения классических химических фунгицидов возрастает интерес к биопрепаратам на основе антагонистических бактерий и грибов, применяемым в составе протравителей семян [1, 2, 3].
Биологические протравители на основе родов Bacillus рассматриваются как экологически более безопасная альтернатива, обеспечивающая контроль широкого спектра фитопатогенов. Штаммы Bacillus velezensis характеризуются высокой антагонистической активностью к широкому спектру фитопатогенных грибов за счет синтеза липопептидов, ферментов и других метаболитов, что делает их перспективной основой биологических протравителей [1, 4, 5].
Современные тренды в разработке протравителей включают создание комбинированных форм с использованием биоконтрольных агентов, наноматериалов и полимерных покрытий, обеспечивающих пролонгированное высвобождение действующих веществ и снижение негативного воздействия на окружающую среду. При этом, свойства вспомогательных компонентов (ПАВ, полимеров, пеногасителей) существенно влияют на распределение активных веществ на поверхности семени, степень вымывания фунгицидов, а также выживаемость микроорганизмов в процессе хранения и после посева.
Пеногасители являются необходимым компонентом при ферментационном культивировании многих микроорганизмов. В тех случаях, когда для обработки растений используется культура микроорганизмов вместе с культуральной жидкостью, пеногасители также попадают на растения и их влияние на растительно-микробные взаимодействия должно приниматься во внимание. В научной и промышленной практике практически отсутствуют систематические исследования по оценке влияния современных пеногасителей на жизнеспособность и антагонистическую активность штаммов Bacillus при совместном применении на семенах зерновых культур, что создает риск снижения эффективности биопрепаратов или, наоборот, недоиспользования потенциала композиционных систем [6, 7].
Рынок средств для обработки семян демонстрирует устойчивый рост, что связано с необходимостью интенсификации производства при одновременном снижении пестицидной нагрузки и повышении устойчивости культур к стрессам. В этих условиях разработка пеногасителей, адаптированных к биоформуляциям и не угнетающих жизнеспособность продуцентов, является важным элементом технологической оптимизации процессов протравливания семян и обеспечения микробиологической безопасности посевного материала [7, 8].
Цель исследования – оценить влияние различных композиций пеногасителей на совместимость со штаммом Bacillus velezensis и их эффективность в снижении фитопатогенной нагрузки на семенной материал и проростки яровой пшеницы.
Задачи исследования:
- оценить влияние пеногасителей на всхожесть и биометрические показатели проростков яровой пшеницы при различных методах проращивания;
- оценить способность пеногасителей в композиции с Bacillus velezensis снижать зараженность семян и проростков основными семенными фитопатогенами;
- выделить композиции пеногасителей, обеспечивающие максимальное снижение фитопатогенной нагрузки при сохранении или улучшении ростовых параметров растений.
Условия, материалы и методы. Работу выполняли в лаборатории молекулярно-генетических и микробиологических методов на базе ФИЦ КазНЦ РАН (г. Казань, Россия) в 2025 году.
Использовали перспективный штамм Bacillus velezensis MGMM30, который продуцирует большое количество антимикробных метаболитов: липoпептиды, полипептиды, ферменты, непептидные соединения [9]. Поверхностно-активные вещества, которые представляют собой aмфипатические молекулы с полярными и гидрофобными участками, могут быть связаны с фунгицидной активностью [10]. Также для этого штамма показано защитное действие при заражении томатов бактериальным фитопатогеном Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000 [11].
В эксперименте применяли шесть пеногасителей (табл. 1).
Таблица 1 – Состав пеногасителей в процентном соотношении
|
Наименование |
Вода |
Tw80 |
ПМС200 |
2-HDol |
D3 |
D4 |
SiO2 |
|
1T80 |
25 |
10 |
10 |
35 |
20 |
- |
- |
|
3T80 |
25 |
10 |
10 |
35 |
- |
20 |
- |
|
3T80-SiO2 |
25 |
10 |
30 |
35 |
- |
- |
1 |
|
4T80 |
25 |
10 |
10 |
35 |
- |
20 |
- |
|
4T80-SiO2 |
25 |
10 |
10 |
35 |
- |
20 |
1 |
|
5T80 |
25 |
10 |
10 |
35 |
- |
- |
20 |
Tw80 – Твин 80, ПМС200 – полидиметилсульфоксан, 2-HDol 2 – 2-гексил-1-деканол; D3 –Гексаметилциклотрисилоксан, (M = 222); D4 – Октаметилциклотрисилоксан, (M = 296).
В качестве тест культуры использовали семена яровой пшеницы (Triticum aestivum L.) сорта Гранни, репродукция – СЭ.
Схема опыта включала инокуляцию семян рабочими растворами штамма Bacillus velezensis и пеногасителями. Биометрические показатели семян и их зараженность основными семенными фитопатогенами (Alternaria spp., Bipolaris spp., Fusarium spp, Penicillium, Aspergillus, Mucor) оценивались тремя методами:
В чашки Петри с питательной средой Кинг Б, в стерильных условиях разложили семена яровой пшеницы. Семена пшеницы были заранее стерилизованы в этиловом спирте 70 % в течении 2-3 минут, затем трехкратно промыты дистиллированной водой и высушены на фильтровальной бумаге, далее семена инокулировали штаммами с добавлением пеногасителей согласно схеме опыта. В чашку Петри закладывали 25 семян в 3-х кратной повторности. Семена проращивали в климатостате КС-200 СПУ течении 3 суток, при температуре 26 оС.
В чашки Петри с двойным слоем фильтровальной бумаги, увлажненной стерильной дистиллированной водой разложили семена яровой пшеницы. Семена пшеницы были заранее стерилизованы в этиловом спирте 70 % в течении 2-3 минут, затем трехкратно промыты дистиллированной водой и высушены на фильтровальной бумаге, далее семена инокулировали штаммами с добавлением пеногасителей согласно схеме опыта. В чашку Петри закладывали 25 семян в трех кратной повторности. Семена проращивали в течение 5 суток в климатостате КС-200 СПУ, при температуре 25 оС.
Метод фитоэкспертизы семян с использованием рулонов фильтровальной бумаги. Семена пшеницы были заранее стерилизованы в этиловом спирте 70 % в течении 2-3 минут, затем трехкратно промыты дистиллированной водой и высушены на фильтровальной бумаге, далее семена инокулировали штаммами с добавлением пеногасителей согласно схеме опыта. Семена проращивали в течении 3 суток в климатостате КС-200 СПУ, при температуре 25 оС, без освещения, далее 4 суток при освещении 16/8.
Зараженность семян определяли путем подсчета количества семян с проросшими колониями в общем количестве семян.
Результаты и обсуждение. По результатам оценки зараженности семян яровой пшеницы сорта Гранни на питательной среде Кинг Б максимальная зараженность (100%) отмечена в контроле с водой, что отражает высокий исходный фитопатогенный фон семенного материала. Внесение штамма MGMM 30 без пеногасителей уменьшило зараженность до 60%, подтверждая выраженную антагонистическую активность штамма в отношении семенных фитопатогенов.
Таблица 2 – Зараженность семян яровой пшеницы сорта Гранни на питательной среде Кинг Б
|
Вариант |
Зараженность семян, % |
|
Контроль (H2O) |
100 |
|
MGMM 30 |
60 |
|
1T80 + MGMM 30 |
26,7 |
|
3T80 + MGMM 30 |
6,7 |
|
3T80-SiO2 + MGMM 30 |
0 |
|
4T80 + MGMM 30 |
100 |
|
4T80-SiO2 + MGMM 30 |
0 |
|
5T80 + MGMM 30 |
80 |
Композиции штамма MGMM 30 с пеногасителями продемонстрировали дифференцированное влияние на фитопатогенную нагрузку: варианты 1Т80 и 3Т80 снижали зараженность до 26,7 и 6,7% соответственно, что указывает на синергизм штамма и данных составов пеногасителей. Наиболее выраженный защитный эффект зафиксирован для вариантов 3Т80-SiO2 и 4Т80-SiO2, в которых зараженность семян не выявлялась, что свидетельствует о практически полном подавлении патогенной микрофлоры при сохранении активности Bacillus velezensis в присутствии указанных композиций.
Варианты 4Т80 и 5Т80 без добавления SiO2 показали менее выраженный эффект: в случае 4Т80 зараженность оставалась на уровне 100%, а при 5Т80 составляла 80%, что может свидетельствовать о неблагоприятном влиянии отдельных компонентов пеногасителя на колонизацию семян штаммом или формирование защитной пленки.
То есть, включение диоксида кремния в состав пеногасителей 3Т80 и 4Т80 обусловило резкое снижение фитопатогенной нагрузки, что позволяет рассматривать эти композиции как наиболее перспективные для биологических протравителей на основе Bacillus velezensis.
В условиях влажных камер (табл. 3) контроль с водой характеризовался удовлетворительной всхожестью (73,3%) при минимальной длине стебля и корня, тогда как вариант только с MGMM 30 демонстрировал снижение всхожести до 40% при заметном увеличении длины надземной и корневой системы, но с более высокой зараженностью (46,7%). Это указывает на то, что штамм стимулирует рост отдельных проростков, однако без оптимизации формуляции его защитный эффект в условиях высокой инфекционной нагрузки ограничен.
Таблица 3 – Биометрические показатели и зараженность проростков яровой пшеницы, пророщенных в условиях влажных камер
|
Вариант |
Всхожесть, % |
Длина стебля, мм |
Длина корня, мм |
Количество корешков, шт |
Зараженность семян, % |
|
Контроль (H2O) |
73,3±3 |
2,05±0,51 |
4,10±0,70 |
3±0,64 |
20 |
|
MGMM 30 |
40,0±3 |
8,47±0,52 |
9,07±0,68 |
4±0,67 |
46,7 |
|
1T80 + MGMM 30 |
60,0±3 |
5,63±0,61 |
6,93±0,71 |
4±0,56 |
20 |
|
3T80 + MGMM 30 |
53,3±3 |
4,40±0,58 |
6,90±0,82 |
3±0,62 |
40 |
|
3T80-SiO2 + MGMM 30 |
80,0±3 |
6,77±0,63 |
8,07±0,78 |
4±0,64 |
13,3 |
|
4T80 + MGMM 30 |
73,3±3 |
8,60±0,70 |
9,77±0,64 |
4±0,58 |
26,7 |
|
4T80-SiO2 + MGMM 30 |
86,7±3 |
5,03±0,54 |
7,17±0,59 |
3±0,56 |
6,67 |
|
5T80 + MGMM 30 |
60,0±3 |
4,83±0,64 |
6,93±0,67 |
4±0,58 |
26,7 |
Добавление пеногасителей повлияло как на ростовые параметры, так и на фитопатогенную нагрузку. Вариант 3Т80-SiO2 + MGMM 30 обеспечил повышение всхожести до 80%, увеличение длины стебля и корня по сравнению с MGMM 30 и снижение зараженности до 13,3%, что свидетельствует о благоприятном сочетании ростостимулирующего и защитного эффектов. Композиция 4Т80-SiO2 + MGMM 30 также повысила всхожесть (86,7%), при этом отмечалось снижение зараженности до 6,67% при сохранении удовлетворительных биометрических показателей, что указывает на эффективное подавление патогенов при минимальном стрессовом воздействии на растения.
Вариант 4Т80 + MGMM 30 без диоксида кремния обеспечил максимальную длину стебля (8,6 мм) и корня (9,77 мм) среди рассмотренных вариантов, однако зараженность проростков оставалась на уровне 26,7%, что говорить о преимущественно ростстимулирующем, а не защитном эффекте такой композиции. Для варианта 1Т80 + MGMM 30 отмечена умеренная всхожесть и уменьшение зараженности до 20%, тогда как 5Т80 + MGMM 30 демонстрировал лишь частичное снижение фитопатогенной нагрузки (26,7%) при средних ростовых показателях.
При использовании метода рулонов (табл. 4) контрольный вариант и чистый штамм MGMM 30 характеризовались сопоставимой всхожестью (74-76%) при умеренной длине стебля и корня и зараженности на уровне 10-22%, что отражает действие стандартизированной лабораторной методики с меньшей экспозицией к патогенам по сравнению с влажными камерами. Вариант 3Т80 + MGMM 30 демонстрировал заметное увеличение длины стебля (12 мм) и корня (13,22 мм), а также числа корешков (5 шт.), при снижении зараженности до 14%, что подтверждает как ростстимулирующее, так и умеренное защитное действие композиции.
Таблица 4 – Биометрические показатели и зараженность проростков яровой пшеницы, пророщенных в рулонах
|
вариант |
Всхожесть, % |
Длина стебля, мм |
Длина колеоптиле, мм |
Длина корня, мм |
Количество корешков, шт. |
Зараженность семян, % |
|
Контроль (H2O) |
74±3 |
8,52±2,28 |
3,04±0,60 |
10,76±0,74 |
4±0,68 |
22 |
|
MGMM 30 |
76±3 |
9,46±1,44 |
3,10±0,30 |
11,72±1,08 |
3±0,65 |
10 |
|
1T80 + MGMM 30 |
70±3 |
11,22±0,58 |
2,96±0,40 |
12,3±0,80 |
4±0,64 |
16 |
|
3T80 + MGMM 30 |
72±3 |
12,00±1,60 |
3,20±0,30 |
13,22±0,88 |
5±0,59 |
14 |
|
3T80-SiO2 + MGMM 30 |
78±3 |
12,20±0,7 |
2,92±0,18 |
12,28±0,72 |
3±0,62 |
14 |
|
4T80 + MGMM 30 |
74±3 |
11,48±2,12 |
3,08±0,02 |
11,64±0,86 |
3±0,58 |
8 |
|
4T80-SiO2 + MGMM 30 |
80±3 |
11,54±1,06 |
3,02±0,18 |
13,06±1,74 |
4±0,54 |
10 |
|
5T80 + MGMM 30 |
78±3 |
10,34±2,36 |
2,72±0,48 |
10,7±0,30 |
4±0,52 |
2 |
Пеногасители 3Т80-SiO2 и 4Т80-SiO2 в сочетании с MGMM 30 обеспечили высокую всхожесть (78–80%) и сохранение или увеличение длины корневой системы при умеренном или низком уровне зараженности (8-14%), что указывает на стабильный защитный эффект в условиях, моделирующих более продолжительное проращивание. Особенно показателен вариант 5Т80 + MGMM 30, где при высокой всхожести (78%) наблюдалась минимальная зараженность (2%), что свидетельствует о выраженном снижении фитопатогенной нагрузки на проростки при сохранении нормального роста.
Сопоставление результатов трех методик показывает, что отдельные композиции пеногасителей (3Т80-SiO2, 4Т80-SiO2, 5Т80) не только обеспечивают технологическое подавление пенообразования, но и существенно снижают уровень семенных и ранневсходовых инфекций в присутствии Bacillus velezensis MGMM 30. Это позволяет предположить, что оптимизированные формулы пеногасителей создают условия для более равномерной колонизации поверхности семени антагонистическими бактериями и формирования устойчивого микробного барьера против фитопатогенов.
Выводы. Включение пеногасителей в состав рабочей суспензии Bacillus velezensis MGMM 30 существенно модифицирует уровень фитопатогенной нагрузки на семена и проростки яровой пшеницы.
Наиболее эффективными с точки зрения снижения зараженности семян и проростков при сохранении или повышении всхожести и ростовых показателей оказались композиции 3Т80-SiO2, 4Т80-SiO2 и 5Т80, обеспечивающие почти полное подавление патогенов в отдельных вариантах опыта.
Правильно подобранные пеногасители не только не снижают эффективность биопрепарата на основе Bacillus velezensis MGMM 30, но и способствуют более эффективному снижению фитопатогенного фона семенного материала, что важно при создании промышленных форм биологических протравителей.
1. Seed Treatment With Systemic Fungicides: Time for Review / M.S. Ayesha, T.S. Suryanarayanan, K.N. Nataraja, et. al. // Frontiers in Plant Science. 2021. V. 12. Article 654512. URL: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34408757 (дата обращения 12.10.2025). doi:https://doi.org/10.3389/fpls.2021.654512.
2. Recent Advances in Nano-Enabled Seed Treatment Strategies for Sustainable Agriculture: Challenges, Risk Assessment, and Future Perspectives / Shelar A, Nile SH, Singh AV, et al. // Nano-micro Lettуers. 2023. V.15. Article 54. URL: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36795339. (Дата обращения 25.09.2025). doi:https://doi.org/10.1007/s40820-023-01025-5.
3. Sustainable management of peanut damping-off and root rot diseases caused by Rhizoctonia solani using environmentally friendly bio-formulations prepared from batch fermentation broth of chitinase-producing Streptomyces cellulosae / Abo-Zaid, G.A., Darwish, M.H., Ghozlan, H.A. et al. // BMC plant biology. 2024. V.24. Article 760. URL: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39118060. (Дата обращения 25.09.2025). doi:https://doi.org/10.1186/s12870-024-05441-6.
4. A Novel Seed-Dressing Formulation Based on an Improved Mutant Strain of Trichoderma virens, and Its Field Evaluation / Mukherjee P.K., Mehetre S.T., Sherkhane P.D. et. al. // Frontiers in microbiology. 2019. V.10. 1910. URL: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6730527. (Дата обращения 25.09.2025). doihttps://doi.org/10.3389/fmicb.2019.01910.
5. Symbiotic regulation of plant growth, development and reproduction / Rodriguez R., Freeman D.C., McArthur E.D. et. al. // Communicative & Integrative Biology. 2009. V.2. P.141-143. doi:https://doi.org/10.4161/cib.7821.
6. Industrial antifoam agents impair ethanol fermentation and induce stress responses in yeast cells / Nielsen J.C., Senne de Oliveira L.F., Rasmussen T. G. et al. // Applied microbiology and biotechnology. 2017. V.101 (22). P. 8237-8248. URL: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC5719808. (Дата обращения 20.09.2025). doi:https://doi.org/10.1007/s00253-017-8548-2.
7. Догадина М. А., Правдюк А. И., Криворотова Е. И. Вызовы и тренды рынка биопестицидов // Вестник аграрной науки. 2024. № 2 (107). С. 40–48. doi:https://doi.org/10.17238/issn2587-666X.2024.2.40.
8. Лысов А.К. Проблемы применения средств защиты растений и пути снижения их техногенного воздействия на окружающую среду // АгроЭкоИнженерия. 2023. № 3(116). С.34-51.
9. Патент № 2823280 C1 РФ. Штамм эндофитной бактерии Bacillus velezensis MGMM30 для стимуляции роста, снижения развития болезней и повышения урожайности сельскохозяйственных культур: заявл. 25.12.2023 : опубл. 22.07.2024 / Д. М. Афордоаньи, Ш. З. Валидов, Е. Ю. Шульга, Б. Р. Исламов; заявитель ФИЦ «КазНЦ РАН».
10. Сидорова Т. М., Асатурова А. М., Аллахвердян В. В. / Хроматографические профили антигрибных экзо- и эндометаболитов бактерий Bacillus velezensis // Таврический вестник аграрной науки. 2021. № 2(26). С. 191-199. Doi:https://doi.org/10.33952/2542-0720-2021-2-26-191-199.
11. The Effect of Bacillus subtilis and Bacillus valezensis on the Antioxidative Responses of Tomato Plants Facing Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000 Infection / Sumaira, E. A. Gavrilova, S. Z. Validov et al. // Journal of Phytopathology. 2025. V.173. № 5. P. e70178. URL: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/jph.70178 (Дата обращения 30.09.2025). doi:https://doi.org/10.1111/jph.70178.
