Способ выращивания растений на обедненных азотом и микроэлементами почвах

Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано при выращивании зерновых, бобовых и овощных культур. Способ включает обработку семян и/или вегетирующих растений биопрепаратом, содержащим смесь суспензий штаммов бактерий Pseudomonas species 7Г, 7Г2К, и 17-2, взятых в соотношении 1:2:1 с концентрацией 2,5-5,0×1010 кл/мл, при этом обработку семян производят из расчета 30-50 мл суспензии на 1 т семян, а обработку вегетирующих растений - из расчета 30-75 мл/га. Изобретение позволяет улучшить минеральное питание растений и обеспечить сбалансированный состав микроэлементов в конечной продукции. 5 табл.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при выращивании растений на обедненных азотом и микроэлементами почвах.

Несмотря на существенное преобладание химических средств защиты растений, в сельском хозяйстве во всех странах мира нарастает поражение посевов и хранящегося урожая токсикогенными грибами (ТГ) - продуцентами микотоксинов, представляющих серьезную угрозу здоровью человека и животных.

Для борьбы с болезнями растений все активнее используют биопрепараты, изготовленные на основе различных микроорганизмов, так как последние не оказывают токсического действия на окружающую среду, а главное - решают проблему качества питания населения как важного элемента национальной безопасности. С другой стороны, для повышения урожайности и качества выращиваемых зерновых, бобовых и овощных культур приходится использовать большие дозы азотных и минеральных удобрений, поскольку агрохимические свойства используемых земель отличаются несбалансированным составом макро- и микроэлементов и низким содержанием азота. Известно, что дефицит микроэлементов (цинк, медь, кобальт, селен и др.) часто являются причиной заболеваний иммунной, нервной, костной систем и других заболеваний человека.

Таким образом, разработка экологически безопасных биологических способов защиты растений от фитопатогенов вкупе с улучшением их минерального питания на обедненных почвах является актуальной задачей.

В настоящее время известно достаточно большое количество биопрепаратов для защиты растений и стимуляции их роста на основе микроорганизмов (патенты РФ 2019966, 2069953, 2084152, 2086128, 2104645, 2120775, 1792614). Предлагаются также комплексные биопрепараты на основе ассоциации микроорганизмов разного систематического положения (патенты РФ 2170510, 2149552). В основе действия всех известных биопрепаратов для защиты растений от фитопатогенов лежат существующие в природе естественные явления паразитизма или антагонизма между микроорганизмами, обитающими на растениях и в почве.

Среди известных биопрепаратов особо выделяются препараты, полученные на основе бактерий Pseudomonas, которые являются постоянными обитателями ризосферы разнообразных растений. Для них давно известна способность к денитрификации, а недавно признана их способность проводить азотфиксацию. Псевдомонады относятся к наиболее активным видам миколитических бактерий, т.е. видам, оказывающим литическое действие на многие почвенные грибы, в т.ч. фитопатогенные. Антагонистические свойства данных бактерий обусловлены не только синтезом антибиотиков, они образуют сложный комплекс веществ, включающий антибиотические вещества, белковые соединения и пептиды группы бактериоцинов и микроцинов, литические ферменты, сидерофоры и другие биологически активные соединения. Установлено, что важную роль в защите растений от инфекции играют такие свойства псевдомонад, как способность к активной колонизации корневой системы и вытеснение тем самым из ризосферной зоны фитопатогенных микроорганизмов.

Известны биопрепараты на основе бактерий Pseudomonas для защиты растений от грибных фитопатогенов. Например, в патентах РФ 2154943, 2104645 описаны препараты на основе бактерий Ps.fluorescens, а в патенте РФ 2121271 описан препарат на основе бактерий Ps.lemoignei. Все вышеперечисленные биопрепараты активны против широкого спектра заболеваний растений (пероноспороз, антрокноз, черная ножка, серая и белая гниль, фузариоз), вызываемых фитопатогенными грибами Pythium, Rhizoctonia, Fusarium, Alternaria, Phytophtora и др. Помимо веществ антибиотической природы флюоресцирующие виды псевдомонад синтезируют вещества, стимулирующие прорастание семян и рост растений (патент РФ 2130261).

Известен способ стимуляции роста растений с использованием препарата на основе штамма бактерий Pseudomonas putida ВКПМ-4308 (патент РФ 2051586, кл. А01N 63/00, оп. 12.07.91). Стимулирующий эффект достигается путем замачивания семян растений в суспензии штамма в концентрации 1,5·106-1,5·107 клеток на 1 грамм семян. Штамм не снижает всхожести семян, хорошо сохраняется в почве и ризосфере растений, может размножаться в этих условиях. Стимулирующее действие штамма зарегистрировано в отношении 9-ти технических культур (люпина, сои, фасоли, вики, чумизы, тыквы, клевера и рапса), 7-ми зерновых (кукурузы, овса, пшеницы, ячменя, проса, ржи и гречихи), а также в отношении ряда овощных культур (томата, редиса, огурцов, салата, свеклы и картофеля). Штамм оказывает стимулирующее действие как на рост корневой системы, так и на рост надземной части растений, однако не выявлено его влияние на улучшение минерального питания растений.

Наиболее ближайшим к заявляемому способу-прототипу, является способ выращивания растений, включающий предпосевную обработку семян и вегетирующих растений биопрепаратом Агат 25 К, содержащим бактерии штамма Pseudomonas aureofaciens BKM В-1973 Д в количестве 3-6×1010 клеток в 1 мл, сбалансированный раствор макро и микроэлементов 38-40 частей, автолизат материала проростков сои 50-52 части, хвойный экстракт 9,2-9,5 частей и хлорофилло-каротиновую пасту 0,2-0,8 частей (патент РФ 2111196, кл. А01N 63/00, оп.20.05.98).

Известный способ обеспечивает повышение урожая зерновых, зернобобовых и овощных культур, однако не выявлено его влияние на улучшение минерального питания растений.

Технической задачей изобретения является улучшение минерального питания растений на обедненных почвах и повышение качества товарной сельхозпродукции.

Поставленная техническая задача достигается предлагаемым способом, заключающимся в следующем.

Перед посевом семена растений обрабатывают биопрепаратом Бинорам в виде бактериальной суспензии, содержащей смесь штаммов Pseudomonas specias 7Г, 7Г2К и 17-2, взятых в соотношении 1:2:1 с концентрацией (2,5-5,0)×10 10 кл/мл, при этом обработку семян перед посадкой проводят из расчета 30-50 мл суспензии на тонну семян, при норме расхода рабочей жидкости 10 л/т. Далее вегетирующие растения в фазе активного роста обрабатывают бактериальной суспензией с той же концентрацией из расчета 30-75 мл суспензии на 1 га, при норме расхода рабочей жидкости 400 л/га.

Используемые в биопрепарате штаммы Pseudomonas specias 7Г, 7Г2К и 17-2 задепонированы в НИИ «Коллекция культур микроорганизмов» ГНЦ ВБ «Вектор» под регистрационными номерами В-694 (7Г), В-695 (7Г2К), В-696 (17-2).

Штаммы выделены из природной популяции ризосферных микроорганизмов диких злаков черноземных почв лесостепи Ордынского района Новосибирской области и отселектированы на устойчивость к микотоксинам и способность к интенсивному росту в условиях разработанной оптимальной технологии наращивания биомассы.

Определяющим отличием заявляемого способа от прототипа является использование биопрепарата Бинорам, представляющего собой суспензию комплекса штаммов Pseudomonas sp.7Г, 7Г2К, 17-2, взятых в соотношении 1:2:1 с концентрацией (2,5-5,0)×10 10 кл/мл, при этом обработку семян проводят из расчета 30-50 мл суспензии на тонну семян, а вегетирующих растений из расчета 30-75 мл суспензии на 1 га, что позволяет повысить качество товарной продукции за счет специфического повышения содержания в ней микроэлементов.

Предпосевная обработка семян различных культур препаратом Бинорам позволяет эффективно обеззараживать последние и снижать активность и проявление фитопатогенов на вегетирующих растениях. Биопрепарат Бинорам, являясь частью естественной экосистемы, позволяет эффективно бороться с болезнями растений и в то же время избежать нарушения биологического равновесия и загрязнения окружающей среды.

С другой стороны, взаимодействие с ризосферными псевдомонадами подтягивает содержание основных микроэлементов в растениях к оптимальному уровню, обеспечивающему эффективность общего минерального питания и активность соответствующих метаболических процессов. Очевидно, что такое взаимодействие с ризосферными псевдомонадами корректируется видовыми особенностями растений (спецификой метаболизма разных генотипов).

Использование биопрепарата на основе ризосферных псевдомонад позволяет не только повысить урожайность и защитить растения от фитопатогенов, но и повысить содержание микроэлементов в конечной продукции, что является важным, учитывая, что для большинства регионов Сибири и всей средней полосы России характерны бедные по азоту и микроэлементам почвы.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами конкретного выполнения.

Пример 1. Получение биопрепарата.

Для приготовления суспензии бактериальных клеток музейными штаммами Pseudomonas sp.7Г, 7Г2К, 17-2 засевают жидкую питательную среду (LB бульон), наращивают культуру 12 ч при 30°С и сразу же используют полученную биомассу в качестве инокулята для ферментера (объемы от 1 л до 20 л). Ферментацию проводят при 30°С при аэрации под давлением 0,04 кг/см2, при постоянном подтитровывании среды до рН 7.0-7.2; через 12-16 ч титр клеточной суспензии достигает (2,5-5,0)×1010 кл/мл. Каждый штамм наращивают отдельно, а затем полученные биомассы смешивают в соотношении 1:2:1.

Пример 2.

На опытном поле Кемеровского Государственного сельхозинститута (делянки площадью 25 м2, повторность опыта 3-х кратная) изучили влияние предпосевной обработки семян пшеницы сорта Тулунская 12 на урожайность и на содержание основных микроэлементов. Испытания проводили на почве с низким содержанием подвижных форм цинка и средним - марганца. Содержание в почве подвижных микроэлементов, мг/кг сухой почвы представлено в таблице 1.

Предпосевную обработку семян пшеницы проводили суспензией препарата Бинорам, а также суспензией штаммов, входящих в Бинорам, взятых по отдельности, из расчета 50 мл суспензии с концентрацией 2,5×1010 кл/мл на тонну семян. Учитывая, что норма расхода рабочего раствора препарата составляет 10 л/тонну семян, препарат перед использованием разводили водой 1:200 до концентрации рабочего раствора 1,25×10 8 кл/мл и наносили на семена методом полусухого протравливания. Обработанные семена высевали в течение 3-24 часов, оберегая от высушивания на солнце. Контрольные семена обрабатывали водой. В таблице 2 представлены результаты по влиянию препарата Бинорам на содержание микроэлементов в пшенице Тулунская 12, где 7Г, 7Г2К, 17-2-различные штаммы Pseudomonas sp.в составе Бинорама. Как следует из результатов, представленных в таблице 2, в пшенице под влиянием ризосферных псевдомонад достоверно увеличивается содержание цинка и кобальта. Инокуляция бактериями улучшает минеральное питание растений и увеличивает вынос основных микроэлементов зерном (семенами) из почвы при всех уровнях азотного питания без токсичного повышения в них концентраций микроэлементов

Пример 3.

На опытном поле Кемеровского Государственного сельхозинститута (делянки площадью 25 м 2, повторность опыта 3-х кратная) изучили влияние предпосевной обработки семян и вегетирующих растений люпина сорта «Кристалл» на урожайность и на содержание основных микроэлементов. Испытания проводили на бедной по азоту и микроэлементам почве.

Люпин представляет существенный резерв для устранения дефицита белка в кормопроизводстве. Современные сорта люпина практически не уступают сое по качеству белка и соотношению аминокислот. Зеленая масса люпина как в свежем виде, так и в форме силоса, также может служить качественным кормом.

Предпосевную обработку семян люпина проводили суспензией препарата Бинорамм, из расчета 30 мл суспензии с концентрацией 5,0×1010 кл/мл на тонну семян. Учитывая, что норма расхода рабочего раствора препарата составляет 10 л/тонну семян, препарат перед использованием разводили водой 1:200 до концентрации рабочего раствора 1,5×108 кл/мл и наносили на семена методом полусухого протравливания. Обработанные семена высевали в течение 3-24 часов, оберегая от высушивания на солнце.

Вегетирующие растения обрабатывали препаратом Бинорам в стадии их активного роста из расчета 75 мл суспензии с концентрацией 5,0×1010 кл/мл на 1 га при норме расхода 400 л/га рабочего раствора.

В качестве препарата сравнения использовали стимулятор роста гетероауксин в концентрации 1 мг/мл. Контрольные семена обрабатывали водой. В таблице 3 представлены данные по влиянию препарата Бинорам на содержание микроэлементов в люпине сорта «Кристалл». Как видно из таблицы 3, в зерне люпина существенно увеличивается (в 4 раза) содержание марганца по сравнению с контролем, а в зеленой массе существенно увеличивается содержание марганца (в 5 раз) и кобальта (в 3 раза), изменения в содержании других микроэлементов выражены в меньшей степени.

На основании данных, полученных при действии стимулятора (гетероауксина) на люпин, можно предполагать, что фитогормоны, продуцентами которых являются штаммы ризосферных псевдомонад, также участвуют в контроле минерального питания растений.

Анализ состава микроэлементов методом сухого озоления на атомном спектрофотометре показал, что применение препарата Бинорам приводит к увеличению содержания микроэлементов в зерне и зеленой массе люпина даже при дефиците этих микроэлементов в почве. В таблице 4 представлены данные по влиянию Бинорама на полевую всхожесть и урожайность зерна и зеленой массы люпина сорта «Кристалл».

Из таблицы 4 видно, что под влиянием ризосферных псевдомонад Бинорама достоверно увеличивается урожайность люпина по зерну и зеленой массе.

Таким образом, ризосферные псевдомонады Бинорама увеличивают эффективность поглощения растениями питательных элементов из почвы и в отличие от минеральных удобрений не приводят к существенным изменениям элементного химического состава растений, в том числе к токсичному повышению в них концентраций микроэлементов.

Пример 4

На опытном поле Кемеровского Государственного сельхозинститута (делянки площадью 25 м 2, повторность опыта 3-х кратная) изучили влияние предпосевной обработки семян огурцов сорта Эффект F1 на содержание основных микроэлементов (на сырой вес). Испытания проводили на почве с низким содержанием подвижных форм цинка и средним - марганца. Обработку семян проводили аналогично примеру 2. В качестве эталона использовали известный препарат триходермин в концентрации 1×10 7 кл/мл.

В таблице 5 представлены данные по влиянию препарата Бинорам на содержание микроэлементов в огурцах сорта Эффект F1. Из таблицы 5 видно, что обработка огурцов Бинорамом увеличивает в них содержание селена.

Таким образом, ризосферные бактерии, контролируя минеральное питание растений, обеспечивают видоспецифичный, сбалансированный состав микроэлементов в продуктах урожая, чего нельзя сказать о химических препаратах или регуляторах роста, таких как Силк и его производные.

Использование предлагаемого способа позволит улучшить минеральное питание растений даже на истощенных почвах и обеспечить сбалансированный состав микроэлементов в конечной продукции при сохранении высокой урожайности последней.

Способ выращивания растений на обедненных азотом и микроэлементами почвах.

Таблица 3

Способ выращивания растений на обедненных азотом и микроэлементами почвах.

Формула изобретения

Способ выращивания растений на обедненных азотом и микроэлементами почвах, включающий обработку семян и/или вегетирующих растений биопрепаратом, содержащим суспензию бактерий штамма Pseudomonas, отличающийся тем, что в качестве биопрепарата используют смесь суспензий штаммов Pseudomonas species 7Г, 7Г2К, и 17-2, взятых в соотношении 1:2:1 с концентрацией 2,5-5,0×1010 кл/мл, при этом обработку семян производят из расчета 30-50 мл суспензии на 1 т семян, а обработку растений в фазу активного роста - из расчета 30-75 мл/га.