БИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ
БИОЛОГИЯ ЖИВОТНЫХ
ПЕЧАТНАЯ ВЕРСИЯ
ЭЛЕКТРОННАЯ ВЕРСИЯ
 
КАК ПОДАТЬ РУКОПИСЬ
 
КАРТА САЙТА
НА ГЛАВНУЮ

 

 

 

 

doi: 10.15389/agrobiology.2022.1.171rus

УДК 579.64:57.083.13

 

ОСОБЕННОСТИ СОВМЕСТНОГО КУЛЬТИВИРОВАНИЯ Pseudomonas chlororaphis и Saccharomyces cerevisiae ДЛЯ СОЗДАНИЯ КОМПЛЕКСНОГО БИОПРЕПАРАТА

А.С. ПРОНИН1, Т.С. КОЛМЫКОВА2, А.С. ЛУКАТКИН1

В современном сельском хозяйстве наблюдается тенденция к увеличению использования биологических продуктов, в том числе средств защиты растений. Активно ведутся разработки по созданию и оптимизации технологий производства новых биопрепаратов, включающих линии бактерий (plant growth promoting bacteria, PGPB) или грибов (plant growth promoting fungi, PGPF). Грибы и бактерии совместно существуют в ризосфере, между ними происходит постоянное взаимодействие. В последние годы на рынок агрохимикатов и пестицидов выходят биопрепараты, в состав которых входят бактерии и грибы (инсектицид Биостоп, фунгицид Споробактерин). Трудности производства совместного бактериально-грибного биопрепарата связаны с особыми требованиями микроорганизмов к составу питательной среды, аэрации и режимам культивирования. В настоящей работе мы впервые установили положительное влияние Saccharomyces cerevisiae Y-4317 на рост Pseudomonas chlororaphis subsp. auerofaciens, а также выявили оптимальные режимы культивирования и состав питательной среды для совместного роста микроорганизмов различных таксономических категорий (PGPB и PGPF). Показана высокая эффективность использования свекловичной мелассы для совместного выращивания P. chlororaphis и S. cerevisiae. Выявлено стимулирующее влияние полученной культуральной жидкости (КЖ) на энергию прорастания и всхожесть семян культурных злаков. Цель работы — изучить возможность совместного куль-тивирования бактерии Pseudomonas chlororaphis subsp. auerofaciens B-5326 и дрожжей Saccharoyces cerevisiae Y-4317 и оптимизировать параметры их выращивания дляполучения культуральной жидкости, стимулирующей прорастание семян и начальный рост злаковых растений. В качестве посадочного материала использовали штаммы бактерии Pseudomonas chlororaphis subsp. aureofaciens B-5326 и дрожжей Saccharomyces cerevisiae Y-4317. Штаммы микроорганизмов были получены в виде лиофилизата в ампулах из Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов НИЦ Курчатовский институт — ГосНИИгенетика (г. Москва). Растительные объекты — семена кукурузы (Zea mays L.) гибрида Делитоп, пшеницы (Triticum aestivum L.) сорта Мироновская 808, ячменя (Нordeum vulgare L.) сорта Скипетр. После восстановления жизнеспособности микробиологических культур готовили посадочный материал, который объединяли и выращивали 48 ч, используя шейкер-инкубатор, в трехвариантах питательных сред, различающихся по источнику углерода (глюкоза, фруктоза, свекловичная меласса). При совместномкультивировании в динамике (от 0 до 72 ч) с использованием шейкера-инкубатора SPH-2102 («BIORUS», Республика Беларусь) и в лабораторном ферментере BIORUS GJ («BIORUS», Республика Беларусь) оценивали жизнеспособность (колониеобразующие единицы, КОЕ) и биомассу микроорганизмов при разных температурах (от 20 до 32 °С) и скорости подачи воздуха (от 1 до 6 л/ч). Семена сельскохозяйственных растений опрыскивали полученной культуральной жидкостью в разных разведениях (от 1:200 до 1:25), спустя 12 ч семена помещали на воду в чашки Петри. Энергию прорастания и всхожесть определяли спустя соответственно 3 и 7 сут. Показано, что при совместном культивировании P. chlororaphis и S. cerevisiae свекольная меласса полностью удовле-творяет потребность микроорганизмов в основных питательных веществах: количество клеток не опускалось ниже 6×108 и 3×106 КОЕ/мл. Общая биомасса составила 20,4 г/л, что было на 17-22 % выше, чем на средах с глюкозой или фруктозой. Нами подобраны оптимальные условия совместного культивирования: температура 30 °С, режим аэрации 4 л/ч, продолжительность культивирования 24 ч. Продемонстрировано положительное влияние S. cerevisiae на жизнеспособность P. chlororaphis при длительном совместном культивирование (72 ч): количество жизнеспособных клеток P. chlororaphis в присутствии S. сerevisiae составило 1×106КОЕ/мл против 5×104 при росте P. chlororaphis отдельно от дрожжей. Вероятно, продуцирование фитогормонов S. cerevisiae в КЖ при совместном культивировании обусловливало активный рост и высокую жизнеспособность P. сhlororaphis. Предварительные опыты по применению комплексного биопрепарата, разработанного на основе совместной культуры, для предпосевной обработки семян показали его стимулирующее действие на энергию прорастания и всхожесть семян ячменя, пшеницы и кукурузы. Четкую тенденцию к увеличению энергии прорастания и всхожести семян злаковых культур отмечали при всех разведениях. Наибольшую эффективность комплексный биопрепарат показал в отношении всхожести семян кукурузы. Максимальное повышение энергии прорастания и всхожести семян всех изучаемых культур было выявлено при разведении биопрепарата 1:200. Выполненное исследование позволило выявить ключевые параметры совместного культивирования PGPB P. chlor-oraphis и PGPF S. cerevisiae и тем самым создать предпосылки для последующего создания биопрепарата на основе сочетания микроорганизмов различных таксономических групп.

Ключевые слова: Pseudomonas chlororaphis, Saccharomyces cerevisiae, биопрепарат, био-масса, режимы культивирования, ячмень, пшеница, кукуруза, всхожесть семян.

 

 

CO-CULTURE OF Pseudomonas chlororaphis and Saccharomyces cerevisiae TO CREATE A COMPLEX BIOLOGICAL PRODUCT

A.S. Pronin1 , T.S. Kolmykova2, A.S. Lukatkin1

Currently, there has been a trend in agriculture towards an increase in the use of biological preparations, including plant protection means. Developments are actively underway to create and optimize technologies for the production of new biological preparations that contain plant growth stimulating lines of bacteria (Plant Growth Promoting Bacteria, PGPB) or fungi (Plant Growth Promoting Fungi, PGPF). Fungi and bacteria co-inhabit the rhizosphere of higher plants and fungal-bacterial interactions permanently occur. In recent years, biological preparations based on bacteria and fungi (insecticide Biostop, fungicide Sporobacterin) have entered the agrochemical and pesticide market. However, special requirements of bacteria and fungi for nutrient media, aeration, and culture regimes imped production of combined bacterial-fungal biologicals. In this work, we have established for the first time the positive effect of Saccharomyces cerevisiae Y-4317 on the growth of Pseudomonas chlororaphis subsp. auerofaciens B-5326 and revealed the optimal regimes and the composition of the nutrient medium for co-culture of microorganisms of different taxonomic groups (PGPB and PGPF). The high efficiency of using sugar beet molasses for co-culture of P. chlororaphis and S. cerevisiae has been shown. Our findings revealed the stimulating effect of the liquid culture (LC) on the seed germination energy and germination rate of cereals. The aim of this work was to develop a protocol for co-culture of bacteria Pseudomonas chlororaphis subsp. auerofaciens B-5326 and yeast Saccharomyces cerevisiae Y-4317 to create a biological preparation stimulating seed germination and initial growth of cereal plants. Lyophilized strains P. chlororaphis and S. cerevisiae were obtained from the All-Russian Collection of Industrial Microorganisms of the National Research Center Kurchatov Institute — GosNIIgenetica (Moscow). Seeds of maize (Zea mays L.) hybrid Delitop, wheat (Triticum aestivum L.) variety Mironovskaya 808, barley (Нordeum vulgare L.) variety Scepter served for testing bioactivity of the biological. After restoring viability, the strains were cultured for 48 hours on a shaker SPH-2102 (BIORUS, Belarus) using three nutrient media differing in the carbon source (glucose, fructose, and sugar beet molasses). Microbial growth (colony-forming units, CFU) and biomass were assessed during co-culture (from 0 to 72 h) on the shaker and in a lab fermenter BIORUS GJ (BIORUS, Belarus) at different temperatures (from 20 to 32 °С) and airflow rates (from 1 to 6 L/h). The seeds were treated by spraying with 1:200-1:25 serial dilutions of the liquid co-culture. After 12 h, the seeds were placed into Petri dishes with water. The germination energy and seed germination rate were determined in 3 and 7 days, respectively. The research data showed that media containing sugar beet molasses completely satisfies the need of co-cultured P. chlororaphis and S. cerevisiae for basic nutrients, and the titers did not fall below 6×108 and 3×106CFU/ml, respectively. The total biomass was 20.4 g/l, or 17-22 % higher than on the media with glucose or fructose. For co-culture, the optimal conditions were 30°C, aeration mode 4 l/h and 24 h of growth. A positive effect of S. cerevisiae on the viability of P. chlororaphis during 72 h co-culture was demonstrated. The abundance of P. chlororaphis in the co-culture with S. cerevisiae was 1×106 CFU/ml vs. 5×104 CFU/ml in pure culture of P. chlororaphis. Probably, a higher viability of P. chlororaphis and stimulation of its growth is due to phytohormones produced by S. cerevisiae during co-culture. Preliminary testing revealed stimulating effect of the biological on the germination energy and seed germination rate for barley, wheat and corn. All serial dilutions of the liquid co-culture exhibited a clear trend towards an increase in seed germination in the cereals tested. The maize seed germination was most stimulated. A 1:200 dilution of the biological led to the maximum increase in seed germination of the crops. Our research data identify the key parameters of the co-culture of PGPB P. chlororaphis and PGPF S. cerevisiae and thereby create the prerequisites for the development of a biological based on microorganisms of vadifferent taxonomic groups.

Keywords: Pseudomonas chlororaphis, Saccharomyces cerevisiae, biological preparation, biomass, culture procedure, maize, wheat, barley, seed germination.

 

1ФГБОУ ВО Мордовский государственный
университет им. Н.П. Огарева,

430005 Россия, г. Саранск, ул. Большевистская, 68,
e-mail: proninbio@gmail.com ✉, aslukatkin@yandex.ru;
2Лицей № 31,
430034 Россия, г. Саранск, ул. Металлургов, 2,
e-mail: tskolmykova@yandex.ru

Поступила в редакцию
24 ноября 2021 года

 

назад в начало

 


СОДЕРЖАНИЕ

 

 

Полный текст PDF

Полный текст HTML