Введение к работе
Актуальность темы. Использование химических фунгицидов для подавления почвенных инфекций зачастую оказывается не только малоэффективным, но и небезопасным с экологической точки зрения. Применение бактерий для предпосевной обработки семян, с целью повышения устойчивости растений к болезням и повышения урожайности сельскохозяйственных культур, рассматривается как новый подход, связанный с экологически чистой технологией производства продуктов питания.
Аэробные спорообразующие бактерии рода Bacillus, в силу широко распространенного природного антагонизма ко многим микроскопическим грибам и благодаря высокой адаптивности к неблагоприятным условиям окружающей среды, считаются перспективными агентами биологической защиты растений от болезней. Однако, на практике применение биопрепаратов, созданных на основе бацилл-антагонистов, зачастую оказывается малоэффективным. Причину неудач в таких случаях объясняют недостаточной изученностью экологии почвенных бацилл в целом и, в особенности, их жизнедеятельности при взаимодействии с растением и аборигенной микрофлорой. Аэробные спорообразующие бактерии рода Bacillus не относятся к типично ризосферным бактериям, однако при инокуляции посевного или посадочного материала способны длительное время развиваться в прикорневой зоне растений. Способность бацилл развиваться в ризосфере растений и конкурировать с ризосферной, в том числе и фитопатогенной, микрофлорой вероятно предопределена видовой специфичностью. В то же время, на способность бацилл приживаться и осуществлять жизнедеятельность в ризосфере растений оказывают влияние не только биогенные факторы, но и условия внешней среды. Поэтому, для развития успеха в решении прикладных задач биологической защиты растений от болезней, назрела необходимость в активизации фундаментальных исследований процессов жизнедеятельности популяций интродуцируемых бацилл-антагонистов во взаимодействии с растением и аборигенной микрофлорой в реальных агроклиматических условиях.
Цели и задачи исследований. Целью настоящей работы было детальное исследование процессов приживаемости интродуцированных бацилл-антагонистов различной видовой принадлежности в ризосфере яровой пшеницы и их распространения в корневой системе развивающихся растений, динамики развития интродуцированных бацилл на протяжении вегетационного периода и оценка влияния бактеризации на резистентность растений к поражению обыкновенной корневой гнилью и формирование урожая. В соответствии с целью были определены следующие задачи исследований:
-
Исследование распространения штаммов Bacillus вдоль корневой системы проростков пшеницы в условиях вегетационного опыта.
-
Изучение влияния температуры и влажности почвы на динамику популяции бацилл в условиях вегетационного опыта.
3. Исследование динамики численности бацилл в ризосфере пшеницы на фоне возбудителя обыкновенной корневой гнили злаков (Helminthosporium sativum).
. 4. Изучение в условиях полевого опыта процесса колонизации бациллами-антагонистами ризосферы пшеницы и исследование влияния интродуциро-ванных бацилл' на численность некоторых представителей аборигенной микрофлоры в ризосфере пшеницы.
-
Оценка эффективности применения изучаемых штаммов бацилл-антагонистов и препаратов на их основе для защиты пшеницы от корневых гнилей и повышения урожайности в условиях полевого опыта
-
Оценка совместимости биопрепарата Бациспецин БМ с отдельными химическими протравителями.
Научная новизна. Впервые проведено комплексное, с привлечением метода генетического маркирования и электронной микроскопии, изучение процесса колонизации ризосферы яровой пшеницы бактериями-антагонистами рода Bacillus, предложенными в качестве агентов биологического контроля болезней растений.
Выявлено, что при бактеризации семян пшеницы колонизация поверхности прорастающего семени и формирующихся корней растений пшеницы бациллами-антагонистами происходит путем образования микроколоний, плотно прикрепленных к эпидермальному слою слизистым материалом подобным гликокаликсу. Клетки развивающихся бактерий проникают в калеоризу и утолщенную часть семенной кожуры и выступают как слабые патогены.
Характер заселения и колонизации корневой системы пшеницы бациллами-антагонистами зависит от видовой принадлежности бактерий.
При предпосевной бактеризации семян пшеницы численность интроду-цированных культур бацилл-антагонистов не превышает 0,2 % общего количества бактериальной микрофлоры в ризосфере.
Установлено, что наибольшее влияние на плотность популяции интроду-цированных бацилл в ризосфере пшеницы оказывает температурный режимы почвы. С повышением температуры численность интродуцированных в ризосферу бацилл-антагонистов возрастает, однако реакция на изменение температуры зависит от видовой принадлежности штамма.
В условиях недостатка влаги бациллы-антагонисты активно заселяют ризосферу пшеницы и проявляют наибольшее протекторное действие и влияние на формирование структуры урожая.
В полевых условиях эффективное подавление развития корневых гнилей происходит главным образом в раннем периоде вегетации растений: выход в трубку - цветение.
Практическая значимость. В результате проведенных исследований установлено, что предпосевная обработка семян пшеницы бациллами-антагонистами и их метаболитами, накапливающимися в процессе ферментации, способствует эффективному подавлению развития корневых гнилей и положительно сказывается на структуре урожая. Штамм Bacillus sp.739 рекомендован в каче-
стве биологической основы для производства препаратов против грибных болезней злаковых культур.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на научной конференции молодых ученых "Изучение и рациональное использование природных ресурсов" (Уфа, 1991), на II республиканской конференции "Микробиология в сельском хозяйстве" (Кишинев, 1991), на Всесоюзном симпозиуме "Микробиология охраны биосферы в регионах Урала и Северного Прикаспия" (Оренбург, 1991), на IV Всесоюзной научной конференции "Микроорганизмы в сельском хозяйстве" (Пущино, 1992), на научной конференции "Интродукция микроорганизмов в окружающую среду" (Москва, 1994), на Всеросийском съезде по защите растений "Защита растений в условиях реформирования агропромышленного комплекса: экономика, эффективность, экологичность" (Санкт-Петербург, 1995), на Международной конференции "Микробное разнообразие: состояние, стратегия сохранения, экологические проблемы" (Пермь, 1996).
Публикации. По материалам работы опубликовано 8 работ, в том числе 1 статья.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы (4 главы), описания объектов и методов исследования, экспериментальной части (4 главы), выводов, списка цитируемой литературы и приложения. Работа изложена на 148 страницах, содержит 27 таблиц, 19 рисунков. Список используемой литературы включает 181 наименование, из них 47 на русском языке.